JP7307730B2 - 自動車の画像センサー表面の洗浄乾燥システム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
この出願は、２０１７年１２月３０日に出願された「Image Sensor Surface Washing and Drying system including a LowProfile, Narrow Fan Coverage Drying Air Nozzle Assembly adapted for use with2-D image sensors and 3-D image systems such as LIDAR systems on vehicles andMethod for Making and Aiming Washing and Drying Nozzles」と題する米国仮出願第６２／６１２，３６４号に対して優先権と利益を主張するものであり、この米国仮出願の開示全体が、参照により本明細書に組み込まれる。この出願は、センサー対物レンズ表面洗浄システム及び方法に関する、出願人が共通に所有する次の特許出願にも関連している。すなわち、２０１１年３月１０日に出願された米国仮出願第６１／４５１，４９２号、２０１２年３月１２日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ１２／２８８２８号、２０１３年１１月２１日に出願された米国特許出願第１４／０８６，７４６号、２０１４年４月１１日に出願された米国仮出願第６１／９７８，７７５号、及び米国特許出願公開第２０１７／００３６６４７号として公開された米国特許出願第１５／３０４，４２８号である。これらの開示全体が、参照により本明細書に組み込まれる。

開示の分野
本開示は、汚れた環境にさらされた構成で取り付けられた場合のＬＩＤＡＲ（ライダー：光による検知と測距）センサーの対物レンズのような、汚れた外部２Ｄ又は３Ｄ画像センサーの表面をクリーニングし、乾燥させるための自動化された、又は遠隔制御による方法及び装置に関する。

ドライバーの視界を向上させ、安全性を向上させるために、外部ビュー（例えば、フロントバンパー、サイドビュー、リアビュー、又はバックアップ）２Ｄ撮像システムが、ＲＶ車や自動車に追加されている。図１Ａに示したような例示的システムが、支援カメラシステムを備えた車両の後方斜視図である（米国特許第７，９６５，３３６号を参照）。図１Ａに示したようなカメラシステムは、路面の汚れを蓄積し、したがってクリーニングを必要とする外部対物レンズ表面を有している（例えば、米国特許出願公開第２０１７／００３６６４７号を参照）。出願人が共通に所有する他の特許出願によれば、改善されたレンズクリーニングを実現する外部カメラレンズウォッシャーが得られるが、ウォッシャー液の液滴が、ときどき画像センサーの視野内に残ることがある。

よく知られているように、自動車の設計者は、車両経路上の物体を検出し、物体との衝突を回避することにより、自動運転や、画像センサーを使用してドライバーが操縦する車両の安全性を高めることが可能な車両に、大きな開発努力を費やしてきた。現代の安全システムとしては、３Ｄ画像生成や物体検出システムによる、衝突回避システムやアダプティブ・クルーズ・コントロールが挙げられる。３Ｄ画像生成と物体の識別、物体の追跡、道路の危険回避、及び短距離自動車衝突回避などの応用事例は、車両の本体パネルに取り付けられたハウジング内に組み込まれた、レーザートランスミッター、レーザーセンサー、及びデジタルプロセッサを備えた３Ｄ（例えば、ＬｉＤＡＲ）センサーアセンブリを含むことがある。半自動運転車や全自動運転車に適した３Ｄ（例えば、ＬＩＤＡＲ）センサーアセンブリの種々の例（例えば、米国特許第９，８３１，６３０号や米国特許第９，８３４，２０９号参照）があり、それらは、汚れやすい外部カバー表面や対物レンズ表面をさらに備えている。例えば、図１Ｄ、図１Ｅ、図１Ｆ、及び図１Ｇに示されるように、ＬＩＤＡＲセンサー１０は、システム８０内でアレイ３０を成して使用されるように容易に構成され、各センサーシステムは、レンズ９４、１１０を介して動作する、レーザーエミッタ及び反射レーザーエネルギーレシーバを含む。

出願人自身が所有するようなカメラ洗浄ノズルは、ウォッシャー液を噴霧することにより、３Ｄ画像（例えば、ＬＩＤＡＲ）センサーのレンズ表面から汚れや他の付着物を取り除くように構成される場合がある。しかしながら、ウォッシャー液の液滴が外部レンズ表面に残っていると、放射又は反射されたレーザーエネルギーが乱され、センサーの有効性は低下する。そのため、外部レンズ表面から液滴を除去し、又は外部レンズ表面を乾燥させるための、何らかの方法又は装置が必要とされる。レンズ表面からウォッシャー液の液滴を乾燥させるために使用される一般的な従来技術のエアノズルは、ジェットノズル又はせん断ノズルとして構成されるが、どちらも、極度に狭い有効到達範囲や、極度に大きい流速を有するという制限がある。

したがって、何れの乾燥システムも、空気の供給源をさらに必要とすること、及び、車両設計には常に、軽量、省スペース、及び低コストの要求があることから、空気の流速、大型の高価なコンプレッサー、又は複数のノズルに対して過剰な要件を有するシステムは、現代の自動車（例えば、図１Ｆに示した符号４６）での使用には、適さないことになる。図１Ｆに示したように、複数のセンサーを使用する場合、外部センサー表面を乾燥させるために必要な空気が、大きな課題となる。大量の空気が必要な場合、ある種の車載ブロワーや車載式圧縮空気貯蔵システムから、空気流を生成しなければならない。ほとんどの乗用車は、圧縮空気システムを備えていない。圧縮空気システム（通常は、コンプレッサーと、アキュムレーターとを含む）の追加は、（ｉ）車両への追加コスト、（ｉｉ）パッケージ空間、及び（ｉｉｉ）複雑さ、といった幾つかの理由から、費用がかかり、面倒である。

エアドライヤーのノズルは通常、かなりの空気の流速（例えば、３０ＬＰＭ）を必要とし、センサー表面の近くの周囲空間に向かって放出された空気は、急速に拡散される。さらに、この空気流の質量は、残っているウォッシャー液の液滴の質量に打ち勝って、液滴を乾燥させ、または表面から押し出すのに十分な大きさでなければならない。また、押し出すことができない液滴を乾燥させるためには、大量の空気が必要となり、ノズル数を増やさずにセンサーの十分に広い領域をクリーニングするためには、空気を分配しなければならない。したがって、大量の空気を必要とすることは、クリーニングと乾燥を必要とする多くのセンサー（例えば、３０から４０ものセンサー）を備えた比較的新しい高性能の車両では、特に厄介である。

図１Ｆに示したシステムのような応用事例では、必要な空気の量は、驚異的である。その空気を得るために利用可能な供給源（例えば、１２Ｖ～４０Ｖのオンボードコンプレッサー）は、せいぜいその程度の量の空気しか供給できないため、従来技術のシステムを使用した場合、要求される圧力及び流速で、十分な空気を得ることはできない。従来のジェット型ノズルは、極度に狭い有効到達範囲であるという欠点がある。せん断型ノズルは、より広いファン範囲とより良好な有効到達範囲を備えているが、入力流速要件が、過度に広い。センサー付近の利用可能なスペースが限られていることから、パッケージサイズも、カメラの空気クリーニング／乾燥ノズルにとって主な制約であり、美的及び視認性の観点からも懸念される。

ウォッシャーやドライヤーが２Ｄ又は３Ｄの画像センサーの視野内に配置された場合、それらは、通常ならばセンサーが監視可能であろう領域のかなりの部分を妨げる可能性がある。センサー洗浄の応用事例に影響を与える別の制約は、センサーは、フロントグリルやリアリフトゲートのような通常のウォッシャーノズルの取り付け場所よりも、汚染レベルが高い車両の領域に配置されることが多い点である。これらの場所にあるウォッシャーやドライヤーのノズルは、センサーを遮っているものと同じ物質によって詰まる危険性が高くなる。

この出願は、出願人が共通に所有する、２０１１年３月１０日に出願された米国仮出願第６１／４５１，４９２号、２０１４年４月１１日に出願された米国仮出願第６１／９７８，７７５号、２０１２年３月１２日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ１２／２８８２８号、２０１３年１１月２１日に出願された米国特許出願第１４／０８６，７４６号、２０１６年１０月１４日に出願された米国特許出願第１５／３０４，４２８号、及び米国特許第６，２５３，７８２号に関連している。これらの開示全体が、背景及び実施可能性を得るために、参照により本明細書に組み込まれる。

したがって、本開示の目的は、車両上の外部対物レンズや画像センサーの外部表面をクリーニングし、その後、乾燥させるための経済的かつ効果的で視覚的に目立たないシステム及び方法を提供することによって、上記の困難を克服することである。

概要
本開示は、汚れた環境にさらされた構成で取り付けられた場合のＬＩＤＡＲ（ライダー）センサーの対物レンズのような、汚れた外部２Ｄ又は３Ｄ画像センサーの表面をクリーニングし、乾燥させるための自動化された、又は遠隔制御による方法及び装置に関する。

したがって、本開示の目的は、画像センサーの外部レンズ表面又は３Ｄセンサー（例えば、ＬＩＤＡＲ）の外部表面をクリーニングし、その後、乾燥させることにより、蓄積された堆積物（例えば、蓄積されたほこり、塵、泥、道路塩、又は他の積み上がった堆積物）を取り除き、クリーニング動作が完了した後に残っている液滴を乾燥させ、又は除去するための経済的かつ効果的で目立たないシステム及び方法を提供することによって、上記の困難を克服することである。

本開示の例示的実施形態によれば、外部レンズ表面洗浄乾燥システムは、（ａ）画像センサーの外部レンズ表面又は３Ｄセンサー（例えば、ＬＩＤＡＲ）の外部表面にウォッシャー液を噴霧して、汚れや堆積物を洗い流し、（ｂ）その後、幅の狭い扇形の乾燥空気流を効率的に生成し、表面に照準を定め、洗浄後に残っている水滴を乾燥させ、又は除去するように構成された照準固定具を含む、複数の構成を有する。

したがって、一例では、本開示は、ハウジングを構成し、画像センサーの外部レンズ表面又は３Ｄセンサー（例えば、ＬＩＤＡＲ）の外部表面を乾燥させることを目的とする、新規な薄型で低流量のエアノズル設計を含むシステム及び方法を提供する。せん断ファン幾何形状を使用するが、本開示では、薄型のせん断ファン生成ノズルが、せん断ファン生成ノズルアセンブリの出口オリフィスの遠位壁の開口部の近くに配置された複数（例えば、第１及び第２）の巻き込み空気入口ポートを有するように構成される。カメラのクリーニング／乾燥の応用事例では、この例示的実施形態は、ノズルアセンブリインサートの中心にある拡大する出口から出る主空気流によって狭いファンを形成し、好ましくは、ノズルアセンブリインサートが、さらなる空気の巻き込みのための複数（例えば、第１及び第２）の吸入口を有する中央分岐通路を画定する。空気の巻き込みの結果として、空気の巻き込みがない場合よりも、はるかに幅広の強力なファンが生成される。上記のように、一般的なせん断型ノズルは、比較的良好な有効到達範囲を備えているが、入力流速要件は、非常に大きい。本開示では、驚くほど高効率のノズルが、従来のせん断ノズルのわずか５分の１の流速を使用する。そのため、余分な寄生的空気流速を消費することなく、クリーニング／乾燥の効率が大幅に向上する。エアノズルの入口空気流にフィードバックされる巻き込み周囲空気があると、本開示のせん断ファン生成ノズルは、風乾燥ノズルアセンブリの入口流速よりもはるかに大きい出口流速を有し、そのクリーニング／乾燥の効率が、大幅に向上する。出力ファンは、狭く、非常に厚くなる。つまり、より広い出力有効到達範囲にわたって乾燥させることができる。単純で低コストな製造方法も、開示する。

一実施形態において、本開示は、内部に以下を含む流体ノズルアセンブリに関する。

特定の一例では、本開示の小型の流体ノズルアセンブリは、以下を含む。

本開示の上記及びさらなる目的、特徴及び利点は、その特定の実施形態に関する以下の詳細な説明を考慮したときに、特に、添付の図面を併せて考慮したときに、明らかになるであろう。添付の図面では、様々な図において、同様の参照符号は、同様の構成要素を指し示すのに使用されている。

米国特許第７，９６５，３３６号に開示されているような支援カメラシステムを備えた車両を示す図である。 米国特許第７，９６５，３３６号に開示されているような支援カメラシステムを備えた車両を示す図である。 従来技術による、撮像システムの外部対物レンズの表面をクリーニングするように構成されたノズルアセンブリを備えた自動車の撮像システムを示す概略図である。 従来技術による、自動車の応用事例で使用するためのＬＩＤＡＲ３Ｄ撮像システムを示す図である。 従来技術による、自動車の応用事例で使用するためのＬＩＤＡＲ３Ｄ撮像システムを示す図である。 従来技術による、自動車の応用事例で使用するためのＬＩＤＡＲ３Ｄ撮像システムを示す図である。 従来技術による、自動車の応用事例で使用するためのＬＩＤＡＲ３Ｄ撮像システムを示す図である。 本開示の一実施形態による、照準固定具又は風乾燥ノズルアセンブリを含む、薄型の外部レンズ表面乾燥システムを示す図である。 図２Ａの風乾燥ノズルアセンブリで使用されるインサート部材の一実施形態を示す図である。 本開示の一実施形態による、インサート部材を示す別の図である。 本開示の一実施形態による、インサート部材を示す別の図である。 本開示の一実施形態による、インサート部材の斜視図である。 本開示の一実施形態による、インサート部材の図５ＡのＡ－Ａ線に沿った断面図である。 本開示の一実施形態による、照準固定具又は風乾燥ノズルアセンブリを含む、薄型の外部レンズ表面乾燥システムの断面図である。 本開示の一実施形態による、外部レンズ表面洗浄乾燥システムの図である。

開示の詳細な説明
車両の２Ｄ又は３Ｄ撮像システムの命名法： 例示的文脈及び基本的命名法を提供するために、まず、図１Ａ～図１Ｇを参照する。これらは、米国特許第７，９６５，３３６号及び米国特許第９，８３１，６３０号に開示されているような従来技術による２Ｄ及び３Ｄ撮像システムを示している。これらの米国特許は、先行技術に従って命名法及び自動車業界の標準的用語を確立するために、ここで参照することにより本明細書に組み込まれる。

次に、図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、２Ｄ画像取込みシステム又はカメラシステムは、車両８に配置され、例えば車両８の後方外側部分８ａに配置され、車両の内部や外部に発生するシーン、例えば車両の後方の画像を取り込み、その画像を車両の表示装置や表示システム９ａに表示するように動作可能であり、車両のドライバーや乗員は、表示装置や表示システム９ａを見ることができる（例えば、図１Ａ及び図１Ｂ参照）。撮像システムは、車両の外部や内部に発生するシーンの画像を受け取るために車両上に、車両に、又は車両内に取り付け可能なカメラモジュール１０と、カメラモジュール１０内の画像センサーによって取り込まれた画像を処理するように動作可能な制御装置９ｂとを含む。

車両８の後部８ａに示されているが、カメラモジュール１０は、車両８の任意の適当な場所に配置されてよく、例えば、車両のリアパネル若しくは後部、車両のサイドパネル若しくは側部、車両のナンバープレート取り付け領域、車両の外部ミラーアセンブリ、車両の内部バックミラーアセンブリ、または、車両の外部や内部に発生するシーンの望ましい眺めが得られるようにカメラを配置し、方向付けることが可能な他の場所に配置される場合がある。カメラに取り込まれた画像は、車両のキャビン内に配置された表示画面等に表示されてよく、表示画面等は、例えば、米国特許第５，５５０，６７７号；５，６７０，９３５号；５，７９６，０９４号；６，０９７，０２３号、６，２０１，６４２号、及び／又は米国特許米国特許第６，７１７，６１０号に開示された原理を使用することにより、車両キャビン内若しくは車両キャビンのルームミラーアセンブリ（米国特許第６，６９０，２６８号に開示されているようなもの）又はどこか他の場所に配置される場合がある。

別の従来技術のカメラ洗浄システム（図１Ｃに示すような参照符号３１０）では、外部カメラレンズの表面は、センサーウォッシャーアセンブリ２１０において、カメラの外部レンズ表面に照準を定められたカメラ洗浄ノズルアセンブリによって洗浄される。次に、図１Ｃのシステム図を参照すると、レンズ洗浄システムは、多くの自動車及び他の車両（例えば、参照符号８）に含めるためにすでに仕様が定められた標準的洗浄液ポンプ装置と一体化されている。図１Ｃから最もよくわかるように、既存のフロントガラス洗浄システム（「フロントウォッシュ」）又はリアウィンドウ洗浄システム（「リアウォッシュ」）を有するように構成された車両（例えば、参照符号８）は、洗浄液リザーバとポンプシステムとを使用して、加圧洗浄液の供給を行わなければならない。ウォッシャータンク又はリザーバ２９０は、通常、内部ポンプ２９２を含み、内部ポンプ２９２を作動させることにより、リザーバ２９０から洗浄液を引き出し、加圧された液を導管網２９４（例えば、管腔、管又はホースを含む）に供給し、導管網２９４が、フロントガラス洗浄ノズル２９６及びリアウィンドウ洗浄ノズル２９８に供給する。本開示の一実施形態によれば、本開示のシステムは、ドライバーの制御入力に応答して、又は自動的に、外部レンズの洗浄乾燥機能を作動させる。

次に、図１Ｄ～図１Ｇを参照すると、本明細書に開示されたシステム及び方法は、米国特許第９，８３１，６３０号に記載され、例示されたタイプの３Ｄ画像生成システム及び物体検出システムを使用する自動運転車や半自動運転車に適している。なぜなら、それらは、汚れやすい外部カバー表面又は対物レンズ表面をさらに備えているからである。例えば、図１Ｄ、図１Ｅ、図１Ｆ及び図１Ｇに示されているように、ＬＩＤＡＲセンサー１０Ｂは、システム８０内でアレイ３０を成して使用されるように容易に構成され、複数のＬＩＤＡＲセンサー１０Ｂが、車両４６の周囲に並べられている。各センサーシステムは、レンズ９４、１１０を介して動作する、レーザーエミッタ及び反射レーザーエネルギーレシーバを含む。

一体型センサー表面洗浄乾燥システム： 図２Ａを参照すると、図２Ａは、本開示の一実施形態による、照準固定具又は風乾燥ノズルアセンブリを含む、薄型の外部レンズ表面乾燥システムを示している。このシステムは、強力な狭い扇形の乾燥空気流を効率的に生成し、１以上の表面に照準を定めることにより、洗浄又は雨の後、画像センサーの外部レンズ表面又は３－Ｄセンサー（例えば、ＬＩＤＡＲ）の外部表面に残ることがある同表面上の水滴を乾燥させ、又は除去するように構成される。

図２Ａ～図７を参照すると、本開示の一実施形態によれば、外部レンズ表面洗浄乾燥システム５００は、風乾燥ノズルアセンブリ５１２を支持するとともに、その照準を定めるように構成された照準固定具５１０を含む。風乾燥ノズルアセンブリ５１２は、扇形の乾燥空気流５２０を効率的に生成し、その照準を定めるように構成される。扇形の乾燥空気流５２０は、洗浄後に画像センサーの外部レンズ表面又は３Ｄセンサー（例えば、ＬＩＤＡＲ）の外部表面５３０に残っていることがあるウォッシャー液噴霧ノズル５１４からの水滴を、素早く乾燥させ、又は除去する。

上記のように、例えばＬＩＤＡＲシステムの外部レンズ表面（び図７）を洗浄し（又は雨にさらし）、その後、水滴を取り除こうとする場合、克服しなければならない幾つかの課題がある。カメラウォッシャー液噴霧ノズルアセンブリ５１４を使用して、ウォッシャー液を噴霧することにより、レンズやセンサー表面５３０から汚れや他の付着物を取り除く場合、これらの液滴を乾燥させ、または除去するために必要な風乾燥ノズルアセンブリ５１２は、十分な有効到達範囲を有していなければならない。上記のように、従来技術のジェットノズル及びせん断ノズルは、不十分な有効到達範囲しか有していないため、過剰な量の乾燥空気を消費しなければならない。図７は、１つの風乾燥ノズルアセンブリ５１２及び１つのウォッシャー液噴霧ノズルアセンブリ５１４のみを示しているが、車両上の同じ場所に、又は複数の場所に、５１２と５１４の何れか一方、又は両方が、複数あってもよいことに留意されたい。

以下に含まれる開示から明らかになるように、本開示の風乾燥ノズルは、強力な狭い扇形の乾燥空気流５２０を効率的に生成し、照準を定めることによって、従来技術のノズルに関連する課題を克服する。一般的な流体ノズル（例えば、移動渦を生成するマッシュルーム回路に基づくノズル）は、良好な有効到達範囲を有しているが、良好な速度を得るためには、高い流速を必要とし、空気を使用することから、非常に騒音が大きいことがある。何れか一つの理論に縛られることを望まないが、本開示の風乾燥ノズルの効率向上は、一つには、出口オリフィスの近くに複数の巻き込み空気吸気口（例えば、第１及び第２の吸気穴５４２、５４４）を含めること、そして、吸気穴５４２、５４４が、２つの空気流をメインファンに巻き込むことによって得られる。この空気の巻き込みの一つの非限定的利点は、出力ファン５２０が厚くなり、出口流速が入口流速よりも非常に大きくなることである。したがって、同じ入口流動条件（流速、寸法など）でも、ファン５２０のパワーと有効到達範囲は、大幅に拡大される。巻き込みによる流速によって、ファン５２０のクリーニング能力は、従来技術のブロワーノズルよりも大幅に向上する。

図２Ａ～図４に示されているように、風乾燥ノズルアセンブリ５１２は、乾燥空気ファン５２０を出口スロート又はオリフィス５４６から遠位方向に導くことを目的とするハウジングを有する。出口スロート又はオリフィス５４６は、インサート部材５３２の遠位壁５３４に画定されている。その付近には、出口スロート又はオリフィス５４６（中央出口スロート５４６とも呼ばれる）の両側に対称的に配置された２本の空気巻き込み口又は吸気口若しくは管腔５４２、５４４がある。高速な空気流がパワーノズル５８４を通って中央出口スロート５４６に流れ込むのと同時に、大気からの空気が、空気巻き込み口５４２、５４４から巻き込まれる。ノズルアセンブリインサート５３２は、好ましくは、中心流動軸の周りに画定された対向する発散壁５５１及び５５２を有する中央発散通路５８０を画定する。また、追加の空気巻き込みを得るために、複数（例えば、第１及び第２）の吸気口５４２、５４４が、図示のように構成される。

図２Ｂ及び図３に示されているように、加圧空気の供給源からの主空気（乾燥ガス又は流体）流は、空気巻き込み口から巻き込まれた空気流によって偏向される。図２Ｂに示されるように、入力空気流は、空気拡散の任意の形状の性質から、壁部分５５１又は壁部分５５２の何れかに向かって偏向する傾向がある。空気流が壁部分５５２に向かって偏向すると、より多くの空気が、空気巻き込み口Ｂ（５４４）から巻き込まれるようになる。空気流が壁部分５５１に向かって偏向すると、より多くの空気が、空気巻き込み口Ａ（５４２）から巻き込まれるようになる。主空気流が空気巻き込み口Ｂ（５４４）に向かって偏向すると、空気取り込み口Ｂ（５４４）の近くの壁に沿った空気の流れがどんどん強くなるため、より多くの空気が、空気巻き込み口Ｂ（５４４）を通して巻き込まれる。空気巻き込み口Ｂ（５４４）から巻き込まれた空気流が空気巻き込み口Ａ（５４２）から巻き込まれた空気流よりも強い場合、図３に示したように、主空気流は、空気巻き込み口Ａ（５４２）に向かって偏向される。空気巻き込み口Ａ（５４２）及び空気巻き込み口Ｂ（５４４）を介して巻き込まれる空気流の強さを交互に入れ替えることにより、振動サイクルを実現することができる。この振動サイクルを、必要に応じて複数回（又は、システム５００が使用されている限り無期限に）繰り返すことによって、エアジェットを横向きに掃引させることができ、その結果、壁部分５５１、５５２への吸着及びその後の分離に応答して乾燥空気又は流体出力ジェットが振動する場合、壁部分５５１と壁部分５５２の間にある中央出口スロート５４６は、相互作用チャンバのようになる。この横向きの掃引機構は、次の点で、移動する渦を生成する種々の従来のマッシュルーム型流体回路とは違っている。すなわち、本開示のシステムの振動は、壁部分５５１、５５２に関わるコアンダ効果のような壁吸着分離機構によるものであり、巻き込み口Ａ（５４２）と巻き込み口Ｂ（５４４）からの流れを交互に入れ替える（すなわち、変化させる）ことによって生成される点である。ポートＡ（５４２）の近くに小さな「テルテール」水滴を配置することによって、本開示によるシステムをテストしたところ、空気供給入口５４０を通る供給源からの空気流があると、この水滴は、壁５５２に沿って偏向された主空気流とともに、遠位方向に排出された。

図２Ｂ、図３及び図４に示したようなインサート５３２は、非限定的な一実施形態では、２５ｐｓｉのときに５Ｌ／分の入口流速（空気又は乾燥ガス）で使用され、３０°の掃引ファンを生成するように最適化される。インサート部材又はインサートチップ５３２は、表面に画定されたトラフ又は溝を有し、ハウジング５５０のソケット又は受入れ穴に挿入された後、空気流又はガス流の連通を可能にする通路又は管腔を提供する。インサート部材又はインサートチップ５３２に画定された溝又はトラフは、乾燥空気流を提供する通路又は管腔の形状及び長さを決定する。こうした通路の重要な寸法は、管腔の断面積を得るための相対的な幅又は深さに換算して表される。空気は、空気供給入口５４０に流入する。空気供給入口５４０は、遠位方向に整列された中央通路又は管腔と流体連通しており、中央通路又は管腔は、パワーノズル幅ＰＷ５８２（図４を参照）を有するパワーノズルで終端されている。第１の空気巻き込み口管腔５４２は、インサートの遠位壁部分５３４にその入口を有するとともに、中心流動軸に対して垂直に整列された出口を有し、パワーノズル５８０の位置で中央通路５８と交差している。パワーノズル５８４は、遠位壁５３４から軸方向後退長（ＳＬ）５８６だけ後退している。軸方向後退長（ＳＬ）５８６は、一実施形態では、約１．２ｍｍから約１．７５ｍｍまでの範囲内にある。

一実施形態では、ＰＷ（パワーノズル幅５８２）は、約０．４ｍｍに等しく、ＳＷ（後退幅５８８）は、ＰＷの約１．５倍から約２倍までに等しく（または、ＰＷが約０．４ｍｍである場合、ＳＷは、約０．６ｍｍから約０．８ｍｍまでの範囲にあり）、出口角度５９０は、約４°から約１０°までに等しく、ポート５４２とポート５４４の一方又は両方の吸気幅５９２は、互いに無関係に、ＰＷの約０．７５倍から約２．５倍までの範囲にある（または、ＰＷが約０．４ｍｍである一事例では、約０．３ｍｍから約１．０ｍｍまでの範囲にある）。これらすべてのパラメーターの比率が、システム５００の風乾燥ノズルアセンブリ５１２の非常に効率的な性能を達成するために重要である。床テーパー角６０２（図５を参照）は、照準角６０４（図６を参照）を生成するために使用される。

本開示の構造及び方法は、入口条件（流速、寸法など）を変更することなく、扇形の乾燥空気流５２０のの有効出力到達範囲を拡大する新規かつ明白でない方法を提供する。図２Ａ～図６に示したように、風乾燥ノズルアセンブリ５１２において巻き込まれた空気は、洗浄剤によるクリーニング又は雨の後、ＬＩＤＡＲレンズ表面（又はセンサー表面）５３０から液滴を乾燥させ、又は動かすように設計される。乾燥空気出力ファン５２０は、（図７から見て取れるように、上から下まで）厚い。加圧空気又は乾燥ガスは、空気供給口５４０に流れ込み、図２Ｂ及び図３に示されているように、中央通路に沿って方向転換され、巻き込まれた吸入空気が、第１及び第２の吸気口（空気巻き込み口Ａ（５４２）及び空気巻き込み口Ｂ（５４４））に入り、それらを通って、出口オリフィス又はスロート５４６（中央出口スロート５４６とも呼ばれる）を通して遠位方向に押し出された空気と結合され、遠位方向に加速される。空気巻き込み口Ａ（５４２）及び空気巻き込み口Ｂ（５４４）を介して取り込まれた巻き込み空気流は、空気供給入口５４０からの空気流に追加される。噴霧ファン５２０から出力される乾燥空気は、空気巻き込み効果によって、より幅広く、より厚くなる。したがって、扇形の空気流５２０の有効到達範囲は、空気の巻き込みによって非常に広くなる。

図２Ｂ～図５Ｂに示されるように、ノズルインサート部材５３２は、平坦面を有するブロック形の本体を有しており、その平坦面に、網状の相互接続されたトラフ又は溝が成形され、近位端に、近位管腔開口部又は空気供給入口５４０を画定しており、近位管腔開口部又は空気供給入口５４０から、供給された入口空気（又は、同等に効果的な洗浄液の除去又は乾燥ガス）を受け取る。ノズル本体の遠位部分は、実質的に直交する遠位壁部分５３４を画定しており、その遠位壁部分５３４に、遠位方向に向けられた出口オリフィス又はスロート５４６（中央出口スロート５４６とも呼ばれる）が画定されている。一実施形態において、風乾燥ノズルアセンブリ５１２は、少なくとも１つの風乾燥ノズルインサート部材５３２を含む。風乾燥ノズルインサート部材５３２は、ハウジング５５０のインサート受入れソケット、チャンバ又は管腔６０６内に摺動可能に受入れられ、その中に保持される。ハウジング５５０は、遠位側インサート受入れ開口部と、乾燥空気ファン５２０の照準軸と一致する軸に沿って整列された中心軸とを有する。インサート受入れソケット又はチャンバ６０６は、加圧空気又は乾燥ガスの供給源と連通している。加圧空気又は乾燥ガスは、ノズルインサート部材入口５３２を通ってスロートに向かって遠位方向に流れ、乾燥空気又はガス５２０の排気流を生成し、液滴を蒸発、または移動させることができる。風乾燥ノズルアセンブリ５１２は、少なくとも１つのインサート５３２用の空洞部又はソケットを有する、少なくとも１つのインサートを受入れるコンフォーマルで実質的に剛性のハウジングを画定している。各空洞部は、風乾燥インサート又はチップ部材を受け入れ、乾燥空気ファン軸の中心に沿って照準を定めるように構成され、及び位置決めされている。

使用時には、ノズル部材の空気供給口５４０からの乾燥空気流が、後退交差部で、巻き込みポート５４２、５４４を介して巻き込まれた空気と合流し、それらを引き込み、結合された振動流が、遠位方向に押し出され、横向きに振動するスプレッドシート、すなわち、図２Ｂ及び図３に示されるような扇形パターンの乾燥空気５２０を生成する。この扇形パターンの乾燥空気は、センサー表面５３０上のクリーニング／乾燥目標領域に向けられる。上記のように、図７は、ＬＩＤＡＲレンズ５３０を風乾燥させる場合の、この開示の応用事例を示している。

本開示の一実施形態によれば、ウォッシャー液噴霧ノズルアセンブリ５１４は、ウォッシャー液を噴霧することにより、レンズ表面５３０をクリーニングし、風乾燥ノズルアセンブリ５１２は、広くて厚い扇状の高速空気５２０を吹き付けることにより、残っているウォッシャー液の液滴を乾燥させ、又は除去する。一実施形態では、ウォッシャー液噴霧ノズルアセンブリ５１４から洗浄のために噴霧された流体と、乾燥空気ファン５２０との両方が、レンズ５３０上の同じ目標領域に照準を定められ、かつ、その表面上に、実質的に同一のファン幅（すなわち、作用を受ける目標領域）を有している。この応用事例では、液体ファンと空気ファンとの両方の出力厚（上から下までの噴霧厚を意味する）が、２０°よりも大きいことが好ましい。

ある例示的実施形態では、２５ｐｓｉで動作する供給源（入口圧力）からの５Ｌ／分未満の空気入口流速が、効果的である。遠位壁５３４に配置された巻き込み入口ポート、すなわち空気穴５４２、５４４から巻き込まれた空気によって、空気出力流速は、驚くほど大きくなり、効果的な３２Ｌ／分となる。この例では、風乾燥ノズルアセンブリ５１２からの２秒間の空気の吹き付けの後、大きな液滴（例えば、２ｍｍより大きい直径を有する液滴）は、レンズ表面５３０に残されない。

一例では、風乾燥ノズルアセンブリ５１２のインサート部材５３２は、図２Ｂ～図５Ｂに示されるように一体に成形されてよい。出口オリフィス、あるいは、出口又は出口オリフィスを画定している出口スロート５４６（中央出口スロート５４６とも呼ばれる）におけるバリ、すなわち余剰材料は、扇形の乾燥空気流５２０の出力パターンに悪影響を与える可能性が高い。このインサート部品又はインサート部材５３２の金型は、成形が簡単であり、組み立てられた後、出口オリフィス又はスロート５４６（中央出口スロート５４６とも呼ばれる）を画定する部分に、苛立たしい分割線でのバリを形成しない。

上記のように、本開示のシステム５００及び方法によって対処される重要な課題は、空間の不足、及び圧縮空気の車載貯蔵の経済性である。ほとんどの乗用車は、圧縮空気システムを備えておらず、圧縮空気システム（好ましくはコンプレッサーとアキュムレーター）の追加は、費用がかかり、貴重な空間を占め、複雑さを増大させるが、本開示のシステムは、費用とスペース要件を最小限に抑えるのに役立つ。なぜなら、本開示のエアノズル（例えば、５１２）は、３０ＬＰＭよりはるかに少ない流速しか必要とせず、乾燥空気ファン５２０が、表面５３０に向かって加速され、急速に拡散されないからである。したがって、必要な空気は、少なくなる。さらに、扇形の流れ５２０を形成する空気流の質量及び速度は、液滴の質量に打ち勝つのに十分なほど大きいので、液滴は乾燥され、又は表面５３０から押し出され、複数のエアノズルを必要とすることなく、センサー表面の十分に広い部分をクリーニングするように、空気が分配される。

大量の空気を必要性を単一のセンサーで扱える可能性もあるが、新しい高性能車両は、クリーニング及び乾燥が必要となる２以上のセンサーを搭載し始めている。極端な場合、種々のゾーンで別々に、すなわち、３０から４０ものセンサーを一度に、乾燥する必要があると予想され、従来技術の乾燥システムを使用する場合、必要な量の空気を扱うことができない。本開示のシステム（例えば、５００）を使用すれば、種々のゾーンにある複数のセンサーアレイを非常に効率的に乾燥させることができ、システムは、あるゾーンから次のゾーンへ移行しながら、如何なる場合でも、必要な空気量を制限するより小さなチャンクを扱うことが可能になる。これによって、本開示のシステムは、ゾーンアプローチを使用する１２～４０Ｖのオンボードコンプレッサーを用いて、必要な圧力及び流量で、効率的に（ＬＩＤＡＲシステムを有する場合であっても）動作することができる。一実施形態において、本開示のシステムは、構成に関係なく、センサーのブローオフの必要性を満たす十分な圧縮空気を貯蔵できるようなサイズのアキュムレーター及びコンプレッサーを含む。多数のセンサーアレイを有する車両のような極端な応用事例では、乾燥空気を生成するための必要な空気を用意するために、複数の自動車用コンプレッサーが必要になる場合がある。したがって、一実施形態において、本開示のシステム（例えば、５００）及び方法は、周囲から追加の空気を巻き込むことによってシステムレベルのパッケージサイズを低減し、それにより、システムから供給要件を低減し、したがって、そのシステム内のあらゆる構成要素のサイズ（例えば、供給管サイズ、コンプレッサーサイズ、及びアキュムレーターサイズ）を低減する。さらに別の実施形態では、本開示のシステム５００は、アセンブリ５１２を通して空気、ガス、又はさらには任意の所望の液体を噴霧することに、使用される場合がある。

一実施形態において、本開示のインサート５３２は、限定はしないが、任意の適当なプラスチック材料又はポリマー材料を含む任意の適当な材料から、射出成形によって作成することができる。あるいは、インサート５３２は、限定はしないが、任意の適当なプラスチック材料又はポリマー材料を含む任意の適当な材料から、３Ｄプリンターを使用して印刷されてもよい。ハウジング５５０は、任意の金属、金属合金、プラスチック又はポリマーなのような任意の適当な材料から形成することができ、成形、鋳造、射出成形、又は３Ｄ印刷によって作成することができる。

視野の検討
多くの既存のカメラは、１２０°～１７０°の視野角（例えば、放射状の線で示される）を有することを理解されたい。システムの機能に対する主な制約は、カメラの表示視野（例えば、１０、１０Ｂ、２１０）に何も侵入しないようにすることである。これにより、制御システム又はユーザーが、センサー表面洗浄乾燥システム５００又はその一部の部分の外観によって邪魔されたり、気を取られたりすることがなくなる。したがって、乾燥洗浄ノズルアセンブリ部材（例えば、５１２、５１４のそれぞれ）は、センサーの視野の外側に配置され、かつ、後ろからセンサーの視野に照準を定められなければならない。本開示の例示した種々の実施形態では、ノズルアセンブリ５１２、５１４は、センサーの視野から（例えば、下に）離れた固定位置から、方向付けられ、照準を定められる。図２Ａ～図６の実施形態では、システム５００のノズルは、センサー表面５３０の全体又は可能な限り全体が、選択された照準角度でセンサー表面に衝突する洗浄液及び乾燥空気の有効到達範囲に入るような流体及び乾燥空気の分布を生成する。

新しい改善されたアセンブリ、システム、及び方法の好ましい実施形態を説明してきたが、本明細書に記載された教示に鑑みて、他の修正、変形、及び変更が、当業者に示唆されると考えられる。したがって、そのような変形、修正、及び変更もすべて、本発明の範囲内にあると考えられることを理解されたい。

本実施形態は、添付の図面に示され、上記の詳細な説明に記載されているが、外部レンズの洗浄乾燥方法及びアセンブリが、開示した実施形態だけに限定されることなく、本明細書に記載されたシステム及びアセンブリは、多数の再配置、修正、及び置換が可能であるものと考えられる。例示的実施形態は、好ましい実施形態を参照して説明されている。明らかに、前述の詳細な説明を読んで理解したとき、他にも修正や変更が行われるであろう。したがって、本明細書は、添付の特許請求の範囲の思想及び範囲内にあるすべてのそのような変更、修正、及び変形を包含することを意図している。なお、「含む」という語が、詳細な説明と特許請求の範囲の何れかで使用される限り、その語は、特許請求の範囲で遷移語として使用される場合の「含む」という語の解釈と同様に、包括的であることを意図している。

Claims (20)

1. 流体ノズルインサートであって、
   本体を含み、前記本体が、後縁と前縁とを有し、前記本体に、
   前記流体ノズルインサート本体の前記後縁の近くに配置された空気供給入口であって、前記空気供給入口が、後部と前部とを含む、空気供給入口と、
   パワーノズル通路であって、前記パワーノズル通路が、後端と前端とを有し、前記パワーノズル通路は、前記パワーノズル通路の前記後端が前記空気供給入口の少なくとも１つの前方部分と有効に連通するように形成されている、パワーノズル通路と、
   中央通路であって、前記中央通路が、後端と前端とを有し、前記中央通路は、前記中央通路の前記後端が前記パワーノズル通路の前記前端と有効に連通し、かつ、前記中央通路の前記前端が前記本体の前記前縁を通して開放されるように形成されている、中央通路と、
   ２本の吸気通路であって、各々１つの吸気通路が、前記本体の前記前縁に形成された前方開口部と、前記中央通路の後端と有効に連通している後方開口部とを有している、２本の吸気通路と
   が形成されており、
   前記中央通路は、前記パワーノズル通路の幅よりも広い幅を有し、
   前記２本の吸気通路は、前記中央通路の何れかの側に形成され、
   前記パワーノズル通路は、前記パワーノズル通路が０．４ｍｍに等しいパワーノズル幅（ＰＷ）を有するように、前記本体の前記前縁から１．２ｍｍから１．７５ｍｍまでの範囲の軸方向後退長（ＳＬ）を有するように形成され、
   前記中央通路の何れかの側に形成された前記２本の吸気通路の各々が、前記中央通路から、前記ＰＷ距離の１．５倍から２倍に等しい後退距離を有し、
   前記吸気通路の各々の前方開口部が、前記ＰＷ距離の０．７５倍から２．５倍までの範囲で、独立している、流体ノズルインサート。
2. 前記中央通路は、４°から１０°までの範囲の角度で、前記前端から前記後端に向かって幅広から幅狭になるテーパーを有する傾斜壁を有する、請求項１に記載の流体ノズルインサート。
3. 前記空気供給入口は、実質的にマッシュルーム形の断面を有する、請求項１または請求項２に記載の流体ノズルインサート。
4. 前記流体ノズルインサートは、前記中央通路の前記前端から空気又は他のガスを供給するように設計されている、請求項１～３の何れか一項に記載の流体ノズルインサート。
5. 前記流体ノズルインサートは、前記中央通路の前記前端から少なくとも１つの液体を供給するように設計されている、請求項１～３の何れか一項に記載の流体ノズルインサート。
6. 前記２本の吸気通路は、前記中央通路の後端に有効に連通している前記後方開口部の方向における、前記本体の前記前縁に形成された前記前方開口部から前記中央通路への空気の流入を可能にする、請求項１～５の何れか一項に記載の流体ノズルインサート。
7. 前記２本の吸気通路は、前記中央通路の開放端からの出力された空気が振動することを可能にする、請求項１～６の何れか一項に記載の流体ノズルインサート。
8. 前記２本の吸気通路は、前記中央通路の開放端からの流体が振動することを可能にする、請求項１～７の何れか一項に記載の流体ノズルインサート。
9. 前記流体ノズルインサートは、射出成形可能なプラスチック又はポリマー材料から形成されている、請求項１～８の何れか一項に記載の流体ノズルインサート。
10. 前記流体ノズルインサートは、３Ｄ印刷プロセスから形成される、請求項１～８の何れか一項に記載の流体ノズルインサート。
11. 流体ノズルアセンブリであって、
    ノズルポストであって、前記ノズルポストが取り付け可能であるように設計されている、ノズルポストと、
    高い位置にある流体ノズルインサート受入れ部であって、前記ノズルインサート受入れ部が、その中に形成された少なくとも１つ空洞内に、少なくとも１つの流体ノズルインサートを受け入れるように設計されている、隆起した流体ノズルインサート受入れ部と、
    ノズル本体であって、前記ノズル本体が、前記ノズルポストと、前記高い位置にある流体ノズルインサート受入れ部との間に配置され、かつ両者を接続している、ノズル本体と
    を含み、
    前記流体ノズルインサートは、
    本体を含み、前記本体が、後縁と前縁とを有し、前記本体に、
    前記流体ノズルインサート本体の前記後縁の近くに配置された空気供給入口であって、前記空気供給入口が、後部と前部とを含む、空気供給入口と、
    パワーノズル通路であって、前記パワーノズル通路が、後端と前端とを有し、前記パワーノズル通路は、前記パワーノズル通路の前記後端が前記空気供給入口の少なくとも１つの前方部分と有効に連通するように形成されている、パワーノズル通路と、
    中央通路であって、前記中央通路が、後端と前端とを有し、前記中央通路は、前記中央通路の前記後端が前記パワーノズル通路の前記前端と有効に連通し、かつ、前記中央通路の前記前端が前記本体の前記前縁を通して開放されるように形成されている、中央通路と、
    ２本の吸気通路であって、各々１つの吸気通路が、前記本体の前記前縁に形成された前方開口部と、前記中央通路の後端と有効に連通している後方開口部とを有している、２本の吸気通路と
    が形成されており、
    前記中央通路は、前記パワーノズル通路の幅よりも広い幅を有し、
    前記２本の吸気通路は、前記中央通路の何れかの側に形成され、
    前記パワーノズル通路は、前記パワーノズル通路が０．４ｍｍに等しいパワーノズル幅（ＰＷ）を有するように、前記本体の前記前縁から１．２ｍｍから１．７５ｍｍまでの範囲の軸方向後退長（ＳＬ）を有するように形成され、
    前記中央通路の何れかの側に形成された前記２本の吸気通路の各々が、前記中央通路から、前記ＰＷ距離の１．５倍から２倍に等しい後退距離を有し、
    前記吸気通路の各々の前方開口部が、前記ＰＷ距離の０．７５倍から２．５倍までの範囲で、独立している、流体ノズルアセンブリ。
12. 前記流体ノズルアセンブリの前記中央通路は、４°から１０°までの範囲の角度で、前記前端から前記後端に向かって幅広から幅狭になるテーパーを有する傾斜壁を有する、請求項１１に記載の流体ノズルアセンブリ。
13. 前記流体ノズルアセンブリの前記空気供給入口は、実質的にマッシュルーム形の断面を有する、請求項１１または請求項１２に記載の流体ノズルアセンブリ。
14. 前記流体ノズルアセンブリの前記流体ノズルインサートは、前記中央通路の前記前端から空気又は他のガスを供給するように設計されている、請求項１１～１３の何れか一項に記載の流体ノズルアセンブリ。
15. 前記流体ノズルアセンブリの前記流体ノズルインサートは、前記中央通路の前記前端から少なくとも１つの液体を供給するように設計されている、請求項１１～１３の何れか一項に記載の流体ノズルアセンブリ。
16. 前記流体ノズルアセンブリの前記２本の吸気通路は、前記中央通路の後端に有効に連通している前記後方開口部の方向における、前記本体の前記前縁に形成された前記前方開口部から前記中央通路への空気の流入を可能にする、請求項１１～１５の何れか一項に記載の流体ノズルアセンブリ。
17. 前記流体ノズルアセンブリの前記２本の吸気通路は、前記中央通路の開放端からの出力された空気が振動することを可能にする、請求項１１～１６の何れか一項に記載の流体ノズルアセンブリ。
18. 前記流体ノズルアセンブリの前記２本の吸気通路は、前記中央通路の開放端からの流体が振動することを可能にする、請求項１１～１７の何れか一項に記載の流体ノズルアセンブリ。
19. 前記流体ノズルアセンブリの前記流体ノズルインサートは、射出成形可能なプラスチック又はポリマー材料から形成されている、請求項１１～１８の何れか一項に記載の流体ノズルアセンブリ。
20. 前記流体ノズルアセンブリの前記流体ノズルインサートは、３Ｄ印刷プロセスから形成される、請求項１１～１８の何れか一項に記載の流体ノズルアセンブリ。

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