KR102502613B1 - 자가-세척 광학 센서 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 자가-세척을 위한 기술 및 방법을 광학 장치에 제공함으로써, 예컨대 먼지와 이물질과 같은 오염물질에 의해 야기되는 문제를 해결한다. 이와 관련하여, 본 발명의 실시예는, 광학 장치를 차폐 또는 보호하는 광학 본체의 광학 창에 예컨대 비-점착성 액체와 같은 액체의 매우 얇은(예를 들어, 수 마이크론 두께의) 층을 유지하는 기술 및 방법을 이용한다.

Description

자가-세척 광학 센서 조립체{SELF-CLEANING OPTICAL SENSOR ASSEMBLY}

본 발명은 예컨대 전기-광학 센서, 광전 센서, 이미지 센서, 광센서, 카메라, 광학 이미터, 광학 디텍터 등과 같은 광학 장치가 더러운 환경에서 자가-세척 할 수 있도록 하는 조립체 또는 시스템에 관한 것이다.

중장비 산업에서 비전-기반 감지를 수행하는 것에 대한 수요가 날로 증가하고 있다. 이러한 환경에서, 사용 중에 비전-기반 센서를 보호하기 위해 일반적으로 투명한 커버 또는 광학 창이 사용된다. 안정적인 성능을 유지하기 위해서는 광학 창의 외부 표면에 먼지, 이물질 또는 다른 오염물질이 없도록 깨끗하게 유지하는 것이 중요하다. 유감스럽게도, 예컨대 석유, 머티리얼 핸들링, 광업, 건축 및 임업 산업과 같은, 지저분한 환경에서 비전-기반 센서를 사용하면 오염되어 더러워지기 쉽다. 일부 경우에는, 예를 들어 오염으로 인해 광학 창에 먼지와 얼룩이 축적되어 시간이 경과함에 따라 성능이 저하될 수 있다. 이러한 지저분한 환경이 손이 닿기 어려운 설치 위치와 결합되거나, 설치 위치에 닿기 위해 작업을 중단해야 하는 경우, 상황은 더 악화된다.

본 발명의 실시예는 광학 장치에 자가-세척을 위한 기술 및 방법을 제공함으로써, 예컨대 먼지와 이물질과 같은 오염물질들에 의해 나타나는 문제점들을 해결한다. 이와 관련하여, 본 발명의 실시예들은, 광학 장치를 차폐 또는 보호하는 광학 본체의 광학 창에 예컨대 비-점착성 액체와 같은 액체의 매우 얇은 (예를 들어, 수 마이크론 두께의) 층 또는 막을 유지하는 기술 및 방법을 이용한다. 일 실시예에서, 액체층은 광학 본체의 표면 조도보다 더 얇고, 낮은 증기압을 갖기 때문에 증발 속도가 낮아 자가-세척 사이클 사이에 표면 상에 유지되도록 한다.

작동 중에, 광학 본체의 광학 창을 덮고 있는 얇은 액체층 또는 막에 오염물질이 묻는다. 사전에 선택된 시간에 기초하여, 외부 명령 또는 먼지/이물질 센서의 출력에 대응하여, 광학 창을 세척하기 위해 클리닝 사이클이 개시된다. 실시예에서, 클리닝 사이클은 광학 본체의 회전 또는 선형 왕복 운동을 포함하며, 그 결과로서 유체 도포기에 의해 광학 창에 유체의 박막이 제공된다(dispensed). 아래에 설명되는 바와 같이, 일 실시예에서 클리닝 사이클은 유체 도포기와 유체 접촉되었다가 접촉이 끊겼다가 하도록 하는, 광학 본체의 회전 또는 선형 왕복운동을 포함한다.

일부 실시예에서, 유체 도포기는 액체를 수용하여 일시적 또는 영구적인 유체 저장부를 형성하는 유체 챔버를 포함한다. 예를 들어, 유체 챔버의 개구에 와이퍼가 제공된다. 와이퍼는, 예를 들어 사용 중에 광학 표면에 착상된 오염물질을 긁어내거나 닦아냄으로써, 광학 창을 세척하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 유체 챔버 내에 액체를 수용하고 유체 챔버의 누설을 방지하기 위해, 이동하는 광학 창에 대해 밀봉부 또는 그와 유사한 것이 사용된다. 일부 실시예에서, 밀봉부 또는 그와 유사한 것은 유체 챔버와 함께 유체 도포기를 형성한다. 이와 관련하여, 밀봉부는 광학 본체의 적어도 광학 창에 얇은 액체층을 형성 또는 유지하도록 돕는 기능도 할 수 있다.

광학 창을 세척하기 위해, 광학 본체는 제1 또는 홈 위치로부터 제2 위치로, 유체 도포기에 대해 제1 방향으로 이동한다. 일 실시예에서, 광학 창을 포함하는 광학 본체의 적어도 일부는 유체 챔버 내로 이동한다. 광학 본체가 제1 방향으로 이동할 때, 예컨대 일부 실시예에서 비-점착성 막과 같은 액체가 광학 창의 외부 표면에 오염물질의 접착을 방해함으로써 와이퍼가 오염물질을 용이하게 제거한다. 깨끗해진 광학 창이 제1 방향으로 계속 이동하면 광학 창이 유체 챔버 내에 수용된 액체에 노출되어 접촉하게 된다.

그 다음, 광학 창은 제1 방향과 반대인 제2 방향으로, 제2 위치로부터 홈 위치로 이동한다. 광학 창이 홈 위치로 이동하면서, 얇은 액체 막 또는 층이 광학 창의 외부 표면에 남아있게 된다.

이러한 방법은 때, 먼지 및 이물질뿐만 아니라, 닦아내기 어렵고 두꺼운 그리스 및 오일-기반 오염물질을 제거하는데 효과적이다. 얇은 액체층 또는 막과 전용 와이퍼를 함께 사용함으로써, 광학 창에서 외부 물질을 안전하게 긁어낼 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 조합은 유체 챔버 내에 수용된 액체가 오염되는 것을 방지하기도 한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 광학 조립체가 제공된다. 광학 조립체는 광학 창을 구비하는 광학 본체와 광학 본체에 의해 보호되는 광학 장치를 포함한다. 광학 장치는 광학 창에 상응하는 시선(line of sight)으로 구성된다. 광학 조립체는 광학 본체와 관련된 유체 도포기도 포함한다. 유체 도포기는 광학 본체의 적어도 광학 창에 액체층을 도포하도록 구성된다. 광학 조립체는 광학 본체와 관련된 와이퍼도 포함한다. 와이퍼는 광학 창으로부터 액체층에 착상(land)되는 오염물질을 제거하도록 구성된다. 광학 조립체는, 와이퍼가 광학 본체의 광학 창으로부터 액체층을 제거하는 제1 단계와, 그 후속 단계인, 유체 도포기가 적어도 광학 창에 액체층을 도포하는 제2 단계로 구성되는 세척 사이클을 통해, (1) 광학 본체와 (2) 유체 도포기 및 와이퍼, 중 하나를 이동시키도록 구성되는 적어도 하나의 액추에이터도 포함한다.

일부 실시예에서, 광학 본체는 광학 실린더이다. 다른 실시예에서, 광학 본체는 광학 플레이트이다. 이들 실시예 중 일부에서, 광학 플레이트는 디스크 형상이다. 이들 실시예 중 또 다른 일부에서, 광학 플레이트는 장방형이다. 광학 플레이트는 각각 편평한 광학 표면을 포함한다.

일부 실시예에서, 적어도 하나의 액추에이터는 (1) 광학 본체와 (2) 유체 도포기 및 와이퍼 중 하나를 선형 왕복운동 방식으로 이동시키도록 구성된다.

일부 실시예에서, 적어도 하나의 액추에이터는 (1) 광학 본체와 (2) 유체 도포기 및 와이퍼 중 하나를 회전 왕복운동 방식으로 이동시키도록 구성된다.

일부 실시예에서, 적어도 하나의 액추에이터는 (1) 광학 본체와 (2) 유체 도포기 및 와이퍼 중 하나를 선형 왕복운동 방식, 회전 왕복운동 방식, 또는 연속적으로 회전하는 방식으로 이동시키도록 구성된다.

일부 실시예에서, 광학 조립체는 적어도 하나의 액추에이터를 제어하도록 구성되는 하나 이상의 제어기를 추가적으로 또는 대안적으로 포함한다.

일부 실시예에서, 광학 조립체는 적어도 하나의 제어기와 통신하도록 결합되는 하나 이상의 센서를 추가적으로 또는 대안적으로 포함한다.

일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 광학 창에 오염물질의 존재를 감지하도록 구성되는 오염물질 존재 센서를 포함한다.

일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 광학 본체의 위치를 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는 위치 센서를 포함한다.

일부 실시예에서, 광학 조립체는 액체를 저장하도록 구성되는 액체 저장원을 추가적으로 또는 대안적으로 포함한다.

일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 액체 저장원에 수용된 액체의 레벨을 감지하도록 구성되는 액체 레벨 센서를 포함한다.

일부 실시예에서, 액체 저장원은 분리 가능한 유체 카트리지를 포함한다.

일부 실시예에서, 유체 도포기는 사전에 정해진 양의 액체를 수용하도록 구성되는 유체 챔버를 포함한다.

일부 실시예에서, 광학 조립체는 액체를 수용하도록 구성되는 액체 저장원을 대안적으로 또는 추가적으로 포함한다. 유체 도포기는 액체 저장원과 액체 소통하도록 결합되는 유체 챔버를 포함한다.

일부 실시예에서, 광학 조립체는 유체 챔버를 액체 저장원에 연결하는 제1 유체 라인과, 유체 챔버를 액체 저장원에 연결하는 제2 유체 라인과, 제1 유체 라인에 결합된 제1 체크 밸브로서, 유체 저장부로부터 액체 저장원으로의 액체 유동은 허용하고, 액체 저장원으로부터 유체 챔버로의 액체 유동은 차단하도록 구성되는 제1 체크 밸브와, 제2 유체 라인에 결합된 제2 체크 밸브로서, 액체 저장원으로부터 유체 챔버로의 액체 유동은 허용하고, 유체 챔버로부터 액체 저장원으로의 액체 유동은 차단하도록 구성되는 제2 체크 밸브를 대안적으로 또는 추가적으로 포함한다.

일부 실시예에서, 광학 조립체는 제1 체크 밸브와 액체 저장원 사이에 제1 유체 라인과 액체 소통하도록 결합되어, 액체가 액체 저장원으로 유입되기 전에 제1 체크 밸브를 통해 필터를 통과하도록 하는 필터를 대안적으로 또는 추가적으로 포함하여, 한다.

일부 실시예에서, 액추에이터는 광학 본체에 선형 왕복 운동을 부여하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 액추에이터는 유체 도포기와 와이퍼에 선형 왕복 운동을 부여하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 액추에이터는 각각이 전기 모터, 리드 스크류 및 리드 스크류 너트로 구성되는 적어도 하나의 리드 스크류 메커니즘을 포함한다.

일부 실시예에서, 각각의 리드 스크류 너트는 회전에 대해 고정된다.

일부 실시예에서, 광학 조립체는 유체 실린더를 대안적으로 또는 추가적으로 포함하고, 광학 본체는 유체 실린더의 적어도 일부 내로 왕복 운동하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 광학 본체는 유체 실린더와 관련된 밀봉 가능한 피스톤을 대안적으로 또는 추가적으로 포함한다.

일부 실시예에서, 피스톤은 액추에이터와 함께 이동하기 위해 액추에이터의 적어도 일부와 결합된다.

일부 실시예에서, 유체 도포기는 유체 실린더의 내부 표면과 광학 본체의 외부 표면 사이에 배치되는 제1 밀봉부를 포함하여, 유체 챔버를 형성한다.

일부 실시예에서, 와이퍼는 제1 밀봉부에 인접하게 배치된다.

일부 실시예에서, 액체는 비-점착성 액체를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 광학 조립체가 제공된다. 광학 조립체는 광학 창을 구비하는 광학 본체와 광학 본체에 의해 보호되는 광학 장치, 광학 본체의 외부 표면을 세척하도록 구성되는 광학 본체 세척 메커니즘과, 광학 본체에 광학 본체 세척 메커니즘에 대하여 제1 위치와 제2 위치 사이에서의 이동을 부여하도록 구성되는 구동 메커니즘, 그리고 광학 본체에 비-점착성 액체의 층 또는 막을 도포하도록 구성되는 유체 공급 메커니즘(fluid dispensing mechanism)을 포함한다. 광학 본체 세척 메커니즘은 광학 본체의 외부 표면을 세척하고, 세척용 유체 공급 메커니즘은, 구동 메커니즘이 제1 위치로부터 제2 위치로 그리고 제1위치로 광학 본체를 순환시키는 동안, 광학 본체에 비-점착성 액체층을 도포한다.

일부 실시예에서, 구동 메커니즘은 광학 본체에 선형 왕복운동을 부여하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 구동 메커니즘은 광학 본체에 회전 왕복운동을 부여하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 구동 메커니즘은 광학 본체에 회전운동을 부여하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 광학 본체 세척 메커니즘은, 구동 메커니즘이 광학 본체를 제1 위치에서 제2 위치로 이동시킬 때 광학 본체의 외부 표면을 세척하고, 세척 유체 공급 메커니즘은, 구동 메커니즘이 광학 본체를 제2 위치에서 제1 위치로 이동시킬 때 광학 본체에 비-점착성 액체층을 형성한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 광학 조립체에 대해 유체 회로가 제공된다. 광학 조립체는 유체 챔버, 액체 공급원(liquid source), 유체 챔버와 액체 공급원을 연결하는 제1 유체 라인, 유체 챔버와 액체 공급원을 연결하는 제2 유체 라인, 제1 유체 라인에 결합되는 제1 체크 밸브로서, 유체 챔버로부터 액체 공급원으로의 액체 유동은 허용하고, 액체 공급원으로부터 유체 챔버로의 액체 유동은 차단하도록 구성되는 제1 체크 밸브와, 제2 유체 라인에 결합되는 제2 체크 밸브로서, 액체 공급원으로부터 유체 챔버로의 액체 유동은 허용하고, 유체 챔버로부터 액체 공급원으로의 액체 유동은 차단하도록 구성되는 제2 체크 밸브를 포함한다.

일부 실시예에서, 유체 회로는, 제1 체크 밸브를 통과하는 액체가 액체 공급원으로 유입되기 전에 필터를 통과하도록 하기 위해, 제1 체크 밸브와 액체 공급원 사이에 제1 유체 라인과 액체 소통하도록 결합되는 필터를 대안적으로 또는 추가적으로 포함한다.

일부 실시예에서, 유체 회로는 제2 유체 챔버와, 이 제2 유체 챔버를 액체 공급원에 연결하는 제3 유체 라인을 대안적으로 또는 추가적으로 포함한다.

일부 실시예에서, 제3 유체 라인은 제2 체크 밸브와 액체 공급원 사이에서 제2 유체 라인과 액체 소통하도록 결합된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 광학 조립체의 광학 창을 세척하는 방법이 제공된다. 이 방법은 광학 장치를 보호하는 광학 본체에 도포하되, 광학 창을 형성하는 광학 본체의 적어도 일부에 액체층을 도포하는 단계, 광학 본체의 적어도 광학 창을 먼지 또는 이물질을 함유하는 환경에 노출시키는 단계, 광학 창을 포함하는 광학 본체를 내부 챔버에 대해 제1 방향으로 이동시키는 단계, 광학 본체를 이동시키는 동안 하지만 내부 챔버에 들어가기 전에 광학 창을 포함하는 광학 본체를 세척하는 단계, 깨끗한 광학 창을 포함하는 광학 본체를 내부 챔버에 수용된 액체의 층으로 코팅하는 단계, 그리고 액체층을 구비하는 광학 본체를 제1 방향과는 반대인 제2 방향으로 이동시켜 적어도 광학 본체의 광학 창을 환경에 다시 노출시키는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 광학 창을 포함하는 광학 본체를 제1 방향으로 이동시키는 단계는 오염물질 센서의 출력에 대한 응답이다.

일부 실시예에서, 상기 광학 창을 포함하는 광학 본체를 제1 방향으로 이동시키는 것은 사전에 정해진 경과 시간에 대한 응답이다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 광학 조립체가 제공된다. 광학 조립체는, 광학 창을 구비하는 광학 본체, 광학 본체에 의해 보호되며 광학 창에 대응하는 시선으로 구성되는 광학 장치, 적어도 광학 창에 액체를 도포하는 수단, 액체층 상에 있는 오염물질을 제거하는 수단, 그리고 하나 이상의 광학 본체를 이동시키는 수단과 하나 이상의 광학 본체 중 또 다른 하나에 대해 액체를 도포하는 수단과 제1 단계 및 제2 단계로 구성된 세척 사이클을 통해 액체를 도포하는 수단을 포함하며, 제 1단계에서 오염물질을 제거하는 수단은 액체층의 적어도 일부를 따라 액체층 위에 있는 오염물질을 제거하고, 제2 단계에서 액체를 도포하는 수단은 광학 창에 액체 층을 도포한다.

일부 실시예에서, 광학 조립체는 광학 창 상의 오염물질을 감지하는 수단을 대안적으로 또는 추가적으로 포함한다.

일부 실시예에서, 광학 조립체는 세척 사이클 동안 광학 본체를 이동시키도록 결정하는 수단을 대안적으로 또는 추가적으로 포함한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 광학 장치와 관련된 광학 창을 자가 세척하도록 구성되는 광학 조립체가 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 광학 조립체가 제공된다. 광학 조립체는, 광학 창을 구비하는 광학 본체, 광학 본체에 의해 보호되는 광학 장치, 광학 본체의 외부 표면을 세척하도록 구성되는 광학 본체 세척 메커니즘, 광학 본체 세척 메커니즘에 인접하게 배치되고 광학 본체에 비-점착성 액체의 층 또는 막을 도포하도록 구성되는 유체 도포기, 그리고 제1 단계와 제2 단계로 구성되는 세척 사이클 동안 광학 본체 세척 메커니즘과 유체 도포기 모두와 광학 본체 사이에 이동을 부여하도록 구성되는 구동 메커니즘을 포함하며, 제1 단계에서 광학 본체 세척 메커니즘은 액체층의 적어도 일부와 함께 액체층에 착상된 오염물질의 적어도 일부를 제거하고, 제2 단계에서 유체 도포기는 광학 창에 액체층을 도포한다.

일부 실시예에서, 광학 조립체는 광학 창에 있는 오염물질을 감지하도록 구성되는 오염물질 센서를 대안적으로 또는 추가적으로 포함한다.

일부 실시예에서, 오염물질 센서는 적어도 하나의 이미터와 적어도 하나의 디텍터를 포함한다.

일부 실시예에서, 오염물질 센서는 한 쌍의 디텍터를 포함하고, 한 쌍의 디텍터 중 각각의 디텍터가 서로 다른 방향으로 배향된다. 일 실시예에서, 하나의 디텍터는 나머지 디텍터에 대해 약 45도와 135도 사이의 각도로 배치된다. 다른 실시예에서, 각도는 60도 내지 120도 사이다. 또 다른 실시예에서, 각도는 75도 내지 105도 사이이다. 또 다른 실시예에서, 각도는 약 90도이다.

일부 실시예에서, 구동 메커니즘은 센서의 출력에 기초하여 이동을 부여하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 광학 조립체는, 하나 이상의 제어기 중 적어도 하나의 제어기가 센서와 통신하고, 적어도 하나의 제어기가 구동 메커니즘과 통신하는 하나 이상의 제어기를 대안적으로 또는 추가적으로 포함하며, 하나 이상의 제어기 중 적어도 하나는 센서로부터 수신된 신호에 대응하여 구동 메커니즘에 제어 신호를 전송하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 하나 이상의 제어기 중 적어도 하나는, 적어도 하나의 이미터가 꺼져있을 때에 대하여 적어도 하나의 이미터가 켜져 있을 때의 적어도 하나의 디텍터의 출력을 비교하도록 구성되며, 하나 이상의 제어기 중 적어도 하나는 상기 비교에서의 차이가 사전에 정해진 임계값보다 클 때 구동 메커니즘에 알리도록 구성되며, 상기 임계값은 광학 창에 일정량의 오염물질이 있으므로 제거될 필요가 있음을 나타낸다.

일부 실시예에서, 유체 도포기는 사전에 정해진 양의 액체를 보유하도록 구성되는 유체 챔버를 포함한다.

일부 실시예에서, 사전에 정해진 양의 액체는 복수의 세척 사이클을 제공하기에 충분하다.

일부 실시예에서, 광학 본체 세척 메커니즘은 와이핑 요소를 포함한다.

일부 실시예에서, 광학 본체의 외부 표면을 닦아내거나 긁어내도록 구성된다.

일부 실시예에서, 광학 조립체는 유체 챔버와 유체 소통하는 가요성 벨로즈를 대안적으로 또는 추가적으로 포함한다.

일부 실시예에서, 가요성 벨로즈는 광학 본체를 둘러싸는 상부 글랜드에 제공되는 채널들을 통해 유체 챔버와 유체 소통하도록 연결된다.

일부 실시예에서, 광학 조립체는 유체 챔버와 유체 소통하도록 연결되는 유체 블래더를 대안적으로 또는 추각적으로 포함한다.

일부 실시예에서, 가요성 벨로즈는 세척 사이클의 제2 단계 동안 압축한다.

일부 실시예에서, 광학 본체는 구형 본체이다.

일부 실시예에서, 구동 메커니즘은 광학 본체를 선형 왕복운동, 회전 왕복운동 및 연속 회전 운동 중 하나의 방식으로 이동시키도록 구성된다.

일부 실시예에서, 광학 본체는 광학 실린더이며, 구동 메커니즘은 광학 실린더를 그 종방향 축선을 중심으로 회전시키도록 구성된다.

이 요약은 아래의 상세한 설명에서 더 설명되는 단순화된 형태의 개념 선택을 도입하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구된 발명의 주요 특징을 나타내기 위한 것이 아니며, 청구된 발명의 범위를 결정하는데 도움을 주기 위한 것도 아니다.

첨부된 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명을 참조하면, 개시된 본 발명의 앞서 말한 양태 및 수반되는 많은 이점을 더 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 양태에 따라 형성되는 광학 조립체의 일 실시예의 기능 구성도이다.
도 2는 도 1의 블록 다이어그램 형태로 묘사된 광학 조립체의 대표적인 일 실시예의 사시도이다.
도 3은 도 2의 광학 조립체의 제1 또는 홈 위치에 있는 광학 조립체의 단면도이다.
도 4는 도 2의 광학 조립체의 제2 또는 수축 위치에 있는 광학 조립체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 양태에 따라 형성된 액체 회로의 개략도이다.
도 6은 구동 메커니즘과 광학 실린더 사이의 인터페이스의 일 실시예에 대한 부분 사시도이다.
도 7은 광학 실린더의 부분 확대 단면도이다.
도 8은 유체 카트리지가 없는 도 1의 광학 조립체의 사시도이다.
도 9는 도 1의 광학 조립체의 구성요소들의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 양태에 따른 유체 카트리지의 한 구성요소의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 양태에 따른 유체 카트리지의 대표적인 일 실시예에 대한 사시도이다.
도 12는 도 1의 광학 조립체의 구성요소들의 부분 사시도이다.
도 13은 도 12의 선 13-13을 따라 취해진 광학 조립체의 구성요소들의 단면도이다.
도 14a-b는 본 발명의 일 양태에 따른, 먼지/이물질 센서의 일 실시예에 대한 개략적 표현이다.
도 15a-b는 본 발명의 일 양태에 따른 먼지/이물질 센서의 또 다른 실시예에 대한 개략적 표현이다.
도 16은 본 발명의 일 양태에 따른 먼지/이물질 센서의 대표적인 일 시시예의 사시도이다.
도 17은 본 발명의 일 양태에 따른 광학 센서의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 18은 본 발명의 일 양태에 따른 광학 조립체의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 19는 본 발명의 일 양태에 따라 형성된 액체 회로의 개략도이다.
도 20은 본 발명의 일 양태에 따른 광학 조립체의 또 다른 대표 실시예의 사시도이다.
도 21은 홈 위치에 있는 도 20의 광학 조립체의 단면도이다.
도 22는 수축 위치에 있는 도 20의 광학 조립체의 단면도이다.
도 23은 본 발명의 일 양태에 따라 형성된 또 다른 액체 회로의 개략도이다.
도 24는 본 발명의 일 양태에 따른 광학 조립체의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 25는 도 24의 광학 조립체의 단면도이다.
도 26은 본 발명의 일 양태에 따른 광학 조립체의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 27은 도 26의 광학 조립체의 단면도이다.
도 28은 본 발명의 일 양태에 따른 광학 조립체의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 29는 도 28의 광학 조립체의 평면도이다.
도 30은 도 29의 광학 조립체의 단면도이다.
도 31은 본 발명의 양태에 따른 일체화된 유체 도포기와 와이퍼의 일 실시예이다.

첨부된 도면과 관련하여 이하에 설명되는 자세한 설명(동일한 참조 번호는 동일한 요소를 나타냄)은 개시된 본 발명의 다양한 실시예의 설명으로서 의도되며, 실시예들만을 나타내도록 의도된 것이 아니다. 본 개시에 설명된 각각의 실시예는 단지 예시 또는 도시로서 제공된 것이므로, 다른 실시예보다 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어서는 안된다. 본 명세서에 제공된 도시적인 예는 청구된 발명을 개시된 정확한 형태로 완전하게 하거나 제한하려는 것이 아니다.

다음의 설명은 하나 이상의 관련 광학 장치를 습기, 날씨 및 환경 조건으로부터 보호하는 장치, 시스템 및/또는 조립체의 실시예를 제공한다. 본 명세서에 설명된 실시예에서, 장치, 시스템 및/또는 조립체는 자가-세척 특징을 제공하기 위한 기술 및 방법을 포함하여, 예를 들어 더러운 환경에서, 하나 이상의 광학 장치가 연속적으로 수용 가능한 결과(예를 들어, 광 신호(빛, 전자기 에너지 등)의 수신 또는 전송)를 제공할 수 있도록 한다. 아래에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 자가-세척 특징의 일부 예시들은 하나 이상의 광학 장치와 관련된 자가-세척/와이핑 메커니즘을 포함한다.

다음의 설명에서, 본 발명의 예시적 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항들이 설명된다. 하지만, 통상의 기술자는 본 발명의 많은 실시예들이 일부 또는 모든 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 명백히 알 것이다. 일부 경우에는, 잘 알려진 프로세스 단계들은 본 발명의 다양한 양태를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세하게 설명되지 않았다. 또한, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 설명된 특징들의 임의의 조합을 이용할 수 있음을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 양태에 따라 형성된 자가-세척 광학 조립체(20)의 일 예시에 대한 기능 구성도이다. 조립체(20)는 광학 본체(24), 구동 메커니즘(30), 광학 본체 세척 메커니즘(32), 때로는 (본 명세서에서) 유체 도포기로서 지칭되는 유체 공급 메커니즘(36), 그리고 하나 이상의 제어기(40)를 포함한다. 예컨대 투명판, 실린더, 구형 판 등과 같은 광학 본체(24)는 내부에 배치된 적어도 하나의 광학 장치(26)가 이 장치(26)가 배치되는 외부 환경에 의해 손상되지 않도록 보호하고, 광학 창(28)을 제공하여 빛이 광학 장치로 전달될 수 있도록 한다. 처음 배치할 때, 그리고 후속하는 세척 사이클 동안에, 유체 공급 메커니즘은 깨끗한 광학 본체(24)의 적어도 광학 창(28)에 끈적이지 않는 액체의 층 또는 막을 도포한다. 광학 조립체의 주기적인 사용 후에, 하나 이상의 제어기(40)에 의해 세척 사이클이 개시된다. 일단 사이클이 개시되면, 구동 메커니즘(30)이 광학 본체(24)를 광학 본체 세척 메커니즘(32)에 대해 이동시면서, 광학 본체 세척 메커니즘(32)은 적어도 광학 창을 세척하는데 사용되며, 이 역도 가능하다. 아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 비-점착성 막이 광학 창(28)의 외부 표면에 오염물질이 접착되는 것을 방해하기 때문에, 광학 본체 세척 메커니즘(32)은 광학 본체(24)의 광학 창(28)으로부터 오염물질을 신속하게, 그리고 쉽게 제거한다. 하나 이상의 제어기(40)의 제어 하에 세척 사이클을 완료하기 위해, 유체 공급 메커니즘(36)은 광학 본체(32)의 새롭게 세척된 광학 창에 액체층 또는 막을 다시 도포하며, 광학 본체는 제1 또는 홈 위치로 복귀된다.

유체 도포기로도 지칭되는 유체 공급 메커니즘(36)은, 본 명세서에 개시된 대표적인 실시예에서, 임의의 단면 형상을 갖는 유체 챔버를 구비하는 도포기 본체를 포함한다. 도포기 본체에는 국부 또는 원격 공급원으로부터 액체를 수용하기 위한 적어도 하나의 유입구가 선택적으로 제공된다. 개선된 결과를 위해서는 도포기 본체의 유체 챔버는 액체로 가득 채워져야 하지만, 가득 보다 조금 덜 채워진 유체 챔버로도 만족스러운 결과를 얻을 수 있다. 일부 실시예에서, 도포기 본체는 액체의 재순환, 여과 또는 배수를 용이하게 하는 하나 이상의 배출구도 포함한다. 다양한 실시예에서, 배출구의 형상 및 위치는, 긴 시간에 걸쳐 유체 도포기에 들어오는 작은 입자(존재하는 경우)가 도포면 근처에 축적되지 않고, 대신 선택적인 여과 또는 도포기로부터 멀리 축적되기 위해 배출구를 통해 배출되도록 선택될 수 있다.

전술한 바와 같이, 유체 챔버는 임의의 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 챔버의 형상은 기체의 트래핑(trapping)을 방해하여 완전 충전을 보장하도록 유리하게 구성될 수 있다. 이러한 구성의 예시는 기포를 유입구 또는 선택적인 배출구 및 도포기의 외부로 안내하기 위해 유체 챔버의 내부의 상부 표면에 각도를 도입하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 작동 중인 광학 조립체의 설치 각도는 유체 도포기의 형상을 설계할 때 고려되어, 광학 본체와 가깝거나 접촉하는 유체 챔버 내의 모든 지점에 유체가 보급되도록 한다.

본 명세서에 개시된 대표적인 실시예에서, 유체 도포기는 도포기 요소도 포함한다. 일부 실시예에서, 도포기 요소는 동적 막대 밀봉부(dynamic rod seal) 형태이다. 다른 실시예에서는, 도포기 요소는 면 밀봉부(face seal) 또는 그와 유사한 형태이다. 면 또는 막대 밀봉부는 O링, 내부 윤활 O링, O링 에너자이징 U컵 또는 립씰(lip seal), 금속 스프링 에너자이징 U컵(metal spring energized U-cup) 또는 립씰, 또는 동적 면 또는 막대 밀봉부 구성에 적합한, 상업적으로 이용 가능한 유형의 밀봉 요소의 유형일 수 있다. 동적 막대 밀봉부의 예시로는 파커 하니핀(Parker Hannifin) 의 표준 폴리팩 씰 패밀리(Standard PolyPak family of seals)에서 판매하는 것이 있다. 에너자이징 요소가 있는 또는 없는 U컵 면 밀봉부의 예시로는 파커 하니핀의 플랙시 씰 패밀리(FlixiSeal family of seals)에서 판매하는 것이 있다. 대안적으로, 면 밀봉부 대신에, 유체 도포기는, 예컨대 나노튜브 또는 다공성 탄성중합체(elastomer)를 갖는 매체와 같이, 유체 투과성 매체를 포함할 수 있다.

조립될 때, 면 밀봉부는 광학 본체와 도포기 본체 사이에서 정압으로 압축된다. 압축량은, 예를 들어 스크류 또는 가공 공차를 조정하여 도포기와 광학 본체 사이의 간극을 제어함으로써, 또는 예를 들어 관련 스프링의 압축을 조정하여 압축력을 제어함으로써, 제어될 수 있다.

본 명세서에 개시된 대표적인 실시예에서, 광학 본체 세척 메커니즘(32)은 광학 본체(24)의 광학 창을 세척하기 위해 닦아내거나 긁어내는 동작을 나타내는 와이퍼 또는 와이핑 요소를 포함한다. 이러한 실시예에서, 와이퍼는, 광학 본체와 완전히 접촉하고, 바람직하게는 광학 본체에 대해 정압으로 압축되는 에지를 포함한다. 와이퍼의 압축량은 광학 본체에 대한 와이퍼의 상대적인 위치를 제어함으로써, 또는 예를 들어 스프링 또는 그와 유사한 것을 통해 인가되는 힘의 양에 의해 제어될 수 있다.

와이핑 에지가 광학 표면과 충분한 압축으로 접촉되어, 오염물이 와이핑 에지의 일시적 분리를 야기하지 않는 한, 와이퍼는 직선형, 각형, 또는 곡선형일 수 있다. 와이퍼는 광학 본체와 와이퍼 사이의 상대적 이동의 결과로서, 수집된 오염물을 광학 본체로부터 멀리 안내하도록 하는 형상을 할 수 있다. 예를 들어, 회전식 광학 표면의 경우, 이동의 반경에 대해 와이퍼 에지의 각도를 도입하는 것이 광학 표면의 외측 주변부로 오염물을 이동시키는 효과를 가질 수 있다. 와이퍼의 길이는 일반적으로, 이동 방향(회전식 표면의 경우에는 반경 방향)에 수직 투영이 유체 도포기에 의해 효과적으로 적셔진 표면의 폭과 동일하거나 그보다 약간 크다. 또한, 일부 실시예에서, 와이퍼의 경로는 유체 도포기의 경로에 대해 중심에 위치되어야 한다.

다음의 개시에서, 비-점착성 액체는 다음의 특성을 갖는 임의의 액체로서 정의될 수 있다:

● 광학 표면에 의해 밀어내어지지(repelled) 않아, 소량이 구슬모양이 되거나 중력에 의해 쉽게 드립(drip)되지 않는다.

● 광학 표면상에 존재함으로써, 오염물과 광학 표면 사이에 약화된 결합을 형성하거나 아무런 결합도 형성하지 않는다.

● 마찰과 기계적 마모를 줄이는 경향이 있으며, 와이핑 동작 동안 광학 표면을 긁을 가능성이 있는 오염물을 감소시킨다.

● 예상 현장 온도 범위와 조건에서 안정적(상태, 점도 및 화학 조성)으로 유지된다.

● 예컨대 물, 그리스 및 기타 현장 특유의 오염물질과 같이, 예상되는 오염물질의 존재하는 경우에 화학적으로 안정적으로 유지된다.

본 명세서에 개시된 여러 가지 실시예와 함께 실시될 수 있는 비-점착성 액체의 예시는, 내마모성 특징을 입증하고, 발포를 억제하고, 공기를 방출하고, 현장 온도 범위 내에서 상대적으로 안정적인 점도를 유지하고, 여과에 적합하고, 그리고 낮은 휘발성 및 가수분해 안정성을 입증하도록 설계되는 유압 오일의 범위를 포함한다. 이러한 유압 오일의 예시로는 "쉘, 모빌, 쉐브론 및 다른 주요 제조업체에 의해 생산되는 "전천후 유압 오일 68(All Weather Hydraulic 68)"이 있다. 일부 유압 오일은 정전기 방지/반-자기성 특징을 가질 수 있으며, 이는 먼지의 유인을 줄이는데 더 도움이 된다. 이러한 오일의 예시로는 오메가 코퍼레이션(Omega Corporation)의 오메가 612가 있다. 사용될 수 있는 일부 오일들은 소수성을 가지며, 이는 물방울이 신속하게 튕겨질 수 있도록 한다. 이러한 오일의 예시로는 실리콘 기반 유압 오일인 DOT5가 있다.

도 2 및 도 3은 자가-세척 광학 조립체(120)의 대표적인 일 실시예에 대한 사시도와 단면도를 각각 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광학 조립체(120)는 조립체의 나머지 구성요소들을 보호하는 하우징(122)을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(122) 내에 배치되는 일부 구성요소들은, 이 실시예에서 실린더("광학 실린더(124)")의 형태인 광학 본체(124)를 포함한다. 일 실시예에서, 광학 실린더(124)는 광학 등급 기판(optical grade substrate)이다. 일부 실시예에서, 광학 실린더(124)는 예컨대 긁힘 저항성(scratch resistant)의 광학적으로 투명한 폴리카보네이트, 광학 아크릴 및 다른 유형의 유리와 같은, 다양한 재료로 구성된다. 광학 장치가 열 카메라인 경우, 광학 실린더를 구성하는데 예컨대 게르마늄과 같은 다른 재료도 사용될 수 있다.

적어도 하나의 광학 장치(126)가 광학 실린더(124) 내에 배치되거나 광학 실린더(124)에 의해 보호된다. 광학 장치(126)는 당해 기술분야에서 전기 광학 센서, 광전 센서, 이미지 센서, 광센서, 카메라, 광학 이미터, 광학 디텍터 등으로서 지칭되는 장치를 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 홈 위치 또는 광학적으로 작동 상태에 있는 광학 조립체를 나타내는 도 3에 도시된 실시예에서, 광학 장치(126)는 홀딩 유닛(146) 내부에 장착된 카메라를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 카메라는 홀딩 유닛(146)에 종방향으로 배치되고, 결과적으로 광학 실린더(124)를 따라 종방향으로 설치된다. 광학 장치(126)는 홀딩 유닛(146) 내의 반경방향 개구(150) 및 광학 실린더(124)의 투명한 벽 부분(광학 창(128)으로서 지칭됨)을 통해, 45도 거울(128) 또는 다른 반사적 매체에 의한 광학 실린더(124)의 반경 방향으로의 시선을 갖는다. 본 명세서에 사용된 "투명한"이라는 단어의 의미는 가시광선 스펙트럼을 넘어서 확장되며, 재료가 인간의 눈에 투명하든 그렇지 않든, 광학 장치가 사용하는 임의의 특정 파장에 대한 투명성을 전달한다. 사용 중에, 광학 실린더(124)가 도 3의 홈 위치에 있을 때, 광학 창(128)은 하우징(122)의 개구(152)(도 2)와 정렬된다. 일부 실시예에서, 반경방향 개구(150)의 위와 아래에 가열 부재가 장착된다. 가열 부재는 광학 실린더를 가열함으로써 카메라 앞에 응결을 제거하는 것을 돕도록 구성 및 배치된다.

도 3의 실시예에서, 광학 장치(126)는 하우징(122)의 종축에 평행한 광학 축을 구비하는 것으로 도시되어 있지만, 이 외의 다른 구성도 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 또 다른 실시예에서, 광학 장치(126)는 (축 방향과는 반대로) 반경방향으로 장착되어, 거울(148)의 필요성을 없앨 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서, 광학 장치와 관련 거울은 광학 실린더 내에 고정식으로 장착된다. 하지만, 일부 실시예에서, 거울은 틸트 동작으로 움직일 수 있고, 광학 조립체는 광학 실린더의 중심을 중심으로 회전할 수 있다. 대안적으로, 거울은 틸트와 회전 둘 다 할 수 있으며, 나머지 광학 조립체는 고정된 채로 유지된다. 다른 실시예에서, 광학 조립체는 스캐닝 장치로서 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 거울과 거울에 관련된 디텍터는 광학 실린더의 중심축을 중심으로 회전한다. 또 다른 실시예에서, 원한다면 광학 조립체 및/또는 광학 장치 중 하나가 회전하도록 구성될 수 있다.

조립되었을 때, 광학 실린더(124)는 구동 메커니즘(30)을 통해 유체 실린더(158)의 일부에 대해, 그리고 일 실시예에서는 그 안에서 이동 가능하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 구동 메커니즘(30)은, 예를 들어 전기 모터(166)(예컨대, 스테퍼 모터)에 의해 회전되는 리드 스크류(164)로 구성되는 선형 액추에이터이다. 일 실시예에서, 스테퍼 모터와, 모터 샤프트로서 통합된 리드 스크류가 사용된다. 도시된 실시예에서, 모터(166)는 캡(168)에 의해 지지되며, 캡(168)은 예컨대 O링, 열 접착, 화학 결합 등과 같은 적절한 수단의 도움으로 유체 실린더(158)의 일 단부를 밀봉한다. 리드 스크큐(164)는 동축 방식으로 유체 실린더(158)의 안으로 연장한다. 리드 스크류의 단부를 감지하기 위해 선택적 센서(160)가 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 광학 실린더(124)를 작동시킬 때, 위치적 참고로서 하나 이상의 제어기(40) 중 적어도 하나에 의해 센서(160)의 출력이 사용된다.

리드 스크류(164)는 리드 스크류 너트(170)와 결합된다. 리드 스크류 너트(170)는 광학 실린더(124)의 단부에 견고하게 장착되는 피스톤(172)에 회전 가능하도록 장착된다. 작동 시, 전기 모터(166)에 의해 시계방향 및 반시계방향으로 리드 스크류(164)가 회전함으로써, 리트 스크류 너트(170)가, 그리고 결과적으로 광학 실린더(124)가 유체 실린더(158) 내의 위치들(예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 위치들) 사이에서 왕복운동 하도록 한다. 전기 모터(166)가 하나의 완전한 사이클(즉, 도 3의 제1 또는 홈 위치, 도 4의 수축된 위치, 도 3의 제1 또는 홈 위치)을 통해 광학 실린더(124)를 이동시키기 위해 적합한 구동 신호에 의해 제어될 수 있다. 도시된 실시예에서 구동 메커니즘은 광학 실린더에 이동을 부여하지만, 구동 메커니즘(30)은 그 대신 유체 실린더(158)에 이동을 부여하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 리드 스크류 너트(170)는 도 6에 도시된 바와 같이, 가요성 커플링(174)에 의해 피스톤(172)에 연결된다. 일 실시예에서, 가요성 커플링(174)은, 피스톤(172)의 양측에 배치되고 리드 스크류 너트(1170)와 플레이트(180) 사이에서 압착되는(squeezeed) 탄성중합체 와셔(elastomeric washer)(176) 또는 그와 유사한 것에 의해 형성된다. 탄성중합체에 가해지는 압착량은 파스너(예를 들어, 숄더 볼트)의 길이와 탄성중합체의 두께의 선택을 통해 제어된다. 따라서, 가요성 커플링(174)은 피스톤(172)에 대한 리드 스크류(164)의 각도 오정렬 또는 중심이 잘못 맞춰진 것을 보상하도록 구성된다.

대표적인 일 실시예에서 선형 액추에이터가 리드 스크류 메커니즘으로서 도시되지만, 다른 유형의 선형 액추에이터가 본 발명의 실시예로 실시될 수 있다. 예를 들어, 선형 액추에이터는 랙과 피니언 유형, 공기압 또는 유압 실린더, 풀리/케이블 장치, 선형 모터 등일 수 있다. 광학 실린더가 회전 왕복 운동하는 실시예에서, 구동 메커니즘은 전기 모터와 기어 장치, 선형 액추에이터와 예컨대 스카치 요크, 크랭크 등과 같은 선형에서 회전 왕복되는 메커니즘, 또는 광학 실린더의 회전 왕복운동을 부여할 수 있는 현재 알려진 또는 미래에 개발될 메커니즘을 포함한다. 대안적으로, 광학 실린더는 적합한 스테퍼 또는 서보 모터의 회전 출력 샤프트에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 회전될 수 있다.

도 3 및 도 4로 돌아가서, 피스톤(172)은 유체 실린더(158)의 내벽에 대해 액밀(liquid tight) 밀봉을 형성하도록 구성된다. 일 실시예에서, 밀봉은 X링(즉, "X"자와 유사한 단면을 갖는 O링)으로 생성된다. 어떤 피스톤 밀봉이 사용되어도 되지만, 다른 유형의 밀봉과 비교하여 피스톤과 유체 실린더 사이의 마찰을 감소시키기 위해 일부 실시예에서는 X링이 사용된다. 이와 같이, 제1 밀봉 유체 챔버(184)가 유체 실린더의 벽 내에, 유체 실린더(160)의 밀봉 단부와 피스톤(172) 사이에 형성된다.

도시된 실시예에서, 리드 스크류(164) 및 리드 스크류 너트(170)는 선택적인 광학 불침투성 벨로즈(186) 내에 배치될 수 있다. 한 단부에서 벨로즈(186)는 피스톤(172)에 대해 밀봉되고, 다른 단부에서는 캡(168)에 대해 밀봉된다. 이러한 실시예에서, 제1 유체 챔버(184)는 유체 실린더(158)와 벨로즈(186) 사이에 형성된다.

유체 실린더(158)의 캡(168)과 반대쪽 단부에 글랜드(188)가 밀봉 가능하게 장착된다. 글랜드(188)는 광학 실린더(124)를 둘러싸고, 글랜드(188)를 통해 광학 실린더(124)가 왕복운동 할 수 있도록 한다. 도 7에 도시된 실시예에서, 글랜드(188)는 광학 실린더(124)가 그를 통해 왕복운동 하는 내부 보어(200)를 한정한다. 일부 실시예에서, 내부 보어(200)는, 내부 보어 표면이 광학 실린더(124)가 그를 통해 이동할 때 안내하는 방식으로 광학 실린더(124)의 외측 표면을 지지하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 내부 보어(200)는, 내부 보어 표면이 선형 베어링을 형성하도록 광학 실린더(30)의 외부 표면을 지지하도록 크기 및 구성된다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 조립되었을 때, 광학 실린더(124), 유체 실린더(158), 피스톤(172) 및 글랜드(188)는 협동하여 제2 유체 챔버(208)를 한정한다. 특히, 제2 유체 챔버(208)는 유체 실린더(158)의 글랜드 단부와 피스톤(172) 사이에, 그리고 광학 실린더(124)의 외측 표면과 유체 실린더(158)의 내측 표면 사이에 형성된다. 아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 제2 유체 챔버는 유체 도포기 또는 공급 메커니즘(36)의 일부를 형성한다.

도 7에 도시된 실시예에서, 안정화 연결장치(212)가 제공된다. 안정화 연결장치(212)의 한 단부는 글랜드(188)에 고정되고(anchored), 반대쪽 단부는 광학 실린더 단부 캡(214)에 연결된다. 따라서, 이러한 실시예에서 안정화 연결장치(212)는 광학 실린더(124)의 회전을 방지하고, 결과적으로 리드 스크류 너트(170)의 회전을 방지한다. 광학 실린더/그랜드의 다른 메커니즘 또는 구성이 광학 실린더(124)의 회전 방지를 제공하는데 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

이제, 도 3, 도 4 및 도 7을 참조하면, 글랜드(188)는 제2 유체 챔버(208)를 밀봉하도록 구성 및 배치되는 제1 밀봉부(216)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 밀봉 작용은 광학 실린더(124)의 외측 표면과 글랜드(188)의 내부 보어 표면 사이에서 발생한다. 일부 실시예에서, 제1 밀봉부는 광학 실린더(124)의 외측 표면과 글랜드(188)의 내부 보어 표면 사이에서 압축된다. 이와 같이, 제1 밀봉부(216)는 광학 실린더(124)의 외측 표면에 대해 압력을 가한다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 유체 챔버(184 및 208)가 함께 단일 유체 저장부를 형성하기 때문에 피스톤 밀봉이 생략될 수 있다.

사용되는 동안, 제2 유체 챔버(208)는 일정량의 비-점착성 액체를 저장한다. 일부 실시예에서, 제2 유체 챔버(208)는 복수(예를 들어, 2개 이상, 5개 이상, 10개 이상, 20개 이상, 50개 이상 등)의 세척 사이클에 대해 충분한 액체를 저장한다. 제1 밀봉(216)은 제2 유체 챔버(208)를 밀봉하지만, 제1 밀봉은 광학 실린더(124)에 얇은(예를 들어, 수 마이크론) 액체층을 도포 또는 유지하는 것을 돕는다. 따라서, 광학 실린더(124)가 유체 실린더(158)에 대해 왕복운동 할 때, 광학 실린더(124)의 적어도 광학 창은 유체 실린더(158)에 배치되는 액체와 유체 접촉 하게 된다. 광학 창(128)이 제2 유체 챔버(208)와의 유체 접촉으로부터 광학 창(128)을 제거하기 위해 반대 방향으로 왕복운동 할 때, 제1 밀봉(216)은 광학 실린더(124)가 홈 위치로 돌아가면서 광학 창(128)에 남아있는 얇은 비-점착성 액체층의 형성을 돕는다. 이와 같이, 적어도 제2 유체 챔버(208)와 제1 밀봉(216)은 함께 유체 공급 메커니즘(36)의 일 실시예를 형성한다. 제1 밀봉(216)의 크기 및/또는 압축은 액체층의 두께를 제어하는데 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

글랜드(188)는 광학 실린더(124)의 외측 표면과 글랜드(188)의 내부 보어 표면 사이에 배치되는 제2 밀봉부(218)를 더 포함한다. 제2 밀봉부(218)는 제1 밀봉부(216)보다 광학 실린더(124)의 자유 단부에 더 가깝게 (예를 들어, 제1 밀봉부(216)의 외측에) 배치된다. 일부 실시예에서, 제2 밀봉부(218)는 날카로운 에지로 구성되고, 광학 실린더(124)의 외측 표면을 향해 안쪽이 예각으로 테이퍼진다. 제2 밀봉부(218)는 가장 바깥쪽 에지가 광학 실린더(124)의 외측 표면과 수평으로 맞닿아 있고(flush against), 그에 대해 정압을 가하도록 구성 및 배치된다. 이렇게 하면, 제2 밀봉부(218)는 유체를 밀봉하기보다는 오히려 오염물질을 긁어내거나 닦아내도록 구성되며, 이로 인해 본 명세서에서 와이핑 요소 또는 와이퍼("와이퍼(218)") 또는 광학 본체 세척 메커니즘(32)의 일 실시예의 적어도 일부로서 지칭될 수 있다. 일부 실시예에서, 와이퍼(218)는 제1 밀봉부(216)과 유사한 경도 값을 갖는 탄성중합체로 제조된다. 다른 실시예에서, 와이퍼(218)는 제1 밀봉부(216)보다 큰 경도 값을 갖는 탄성중합체로 제조된다. 일 실시예에서, 와이퍼(218)는 85-95 범위의 쇼어 A 경도를 갖는다. 와이퍼(218)에 대해 선택된 재료는 비-점착성 액체와 화학적으로 화합성(compatibility)을 가져야 하고, 그 반대도 마찬가지라는 것을 알아야 한다.

일 실시예에서, 장치의 설치 방향이 제1 밀봉부의 유체 부족(fluid starvation)을 방지하는 경우, 비-밀봉 피스톤이 사용될 수 있다. 비-밀봉 피스톤은 여전히 가요성 밀봉부를 이용할 수 있지만, 제1 및 제2 유체 챔버 사이의 유체 유동을 허용하는 채널도 포함한다. 이러한 피스톤은 여전히 댐핑(damping), 자가-중심 맞춤 특성 및 지지체를 제공하지만, 광학 실린더를 이동시키는데 필요한 구동력의 양을 감소시킬 것이다.

일 실시예에서, 제1 밀봉부(216)와 제2 밀봉부(218)는 일체형으로 형성된다. 이 예시에서, 밀봉체는 전술된 와이퍼와 제1 밀봉부의 기능을 제공하는 2개의 립을 포함한다.

전술한 바와 같이, 제2 유체 챔버(208)는 광학 실린더(124)의 광학 창의 외부 표면에 비-점착성 액체를 분배하는 액체 저장부를 한정한다. 일 실시예에서, 제2 유체 챔버(208)는 별개의 독립형 유체 저장부이다. 또 다른 실시예에서, 유체 저장부는 예컨대 유체 카트리지(236)와 같은 국부적인 유체 공급원 또는 원격 유체 공급원 중 하나에 의해, 적절하게 배치된 유체 라인, 통로, 커넥터 등을 통해 보충될 수 있다.

도 10은 유체 저장부(예를 들어, 제2 유체 챔버(208) 또는 제1 및 제2 유체 챔버(184 및 208)의 결합된 공간)에 비-점착성 유체를 공급하기 위한 본 발명의 실시예로 실시될 수 있는 선택적인 유체 카트리지(236)의 일 실시예를 도시한다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 유체 카트리지(236)는 밀봉된 팽창 가능한 벨로즈(240)에 의해 형성되는 유체 저장부를 수용하는 봉입체(238)를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 유체 카트리지(236)는, 연장 및 수축 사이클 동안, 제1 및 제2 챔버(184 및 208)의 부피 차에 의한 압력 변화를 중화시키기 위해서뿐만 아니라 액체가 다 소모됨에 따른 압력 강하를 피하기 위해 강성 액체 저장 탱크 및 브리더 벤트(breather vent)를 포함한다.

어느 경우에서든, 가압하여 연결하는 방식의 제1 및 제2 유체 피팅(242 및 244)이 유체 카트리지(236)에 장착되고, 이들은 하우징(122) 내의 대응 피팅과 협동하도록 구성된다. 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 일부 실시예에서 유체 카트리지(236)는 유체 카트리지에 복귀하는 비-점착성 액체를 여과하는 선택적인 필터(260)도 포함한다. 일 실시예에서, 유체 카트리지(236)와 하우징(122)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이, 유체 카트리지(236)가 하우징(122)에 분리 가능하게 장착되도록 협동적으로 구성된다. 따라서, 일단 유체 카트리지 내의 액체가 고갈되면, 유체 카트리지(236)는 교체될 수 있다.

일 실시예에서, 광학 조립체(20)에 유체 카트리지 교체 알림 기능을 제공하기 위해, 유체 카트리지(236) 내의 액체 레벨이 모니터링된다. 예를 들어, 유체 카트리지 내의 액체 레벨은 도 3에 도시된 것과 같은 광학 근접 센서(264)에 의해 간접적으로 측정될 수 있다. 근접 센서(264)는 사용 시에 벨로즈(240)의 높이를 측정하여 그 측정값을 하나 이상의 제어기(40)에 전송하도록 구성된다. 하나 이상의 제어기(40)가 벨로즈(240)의 높이가 교체 임계치보다 낮다고 판단하면, 제어기(240)는 중앙 모니터링 스테이션에 전송되는 전기 신호를 통해 예컨대 LED 등과 같은 시각적 표시기를 활성화시켜 사용자에게 경보를 출력한다.

제2 유체 챔버(208)에 접근하기 위해, 적어도 하나의 포트(232)가 제공된다. 도 9에 도시된 실시예에서, 적어도 하나의 포트(232)는 글랜드(188) 내에 배치되는 2개의 포트를 포함한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 글랜드(188)는 포트들(232)과 유체 소통하는 적합한 연결 인터페이스를 포함한다. 연결 인터페이스는 하나 이상의 유체 라인을 형성하는 유체 도관, 배관, 호스 등과 연결되기 위한 간단한 인터페이스를 제공한다. 유체 라인은 예컨대 유체 카트리지(236)와 같은 내장된 또는 국부적 유체 공급원 및/또는 종래의 방식으로 원격으로 배치되는 유체 공급원에 연결될 수 있다.

도 5는 본 발명의 양태에 따라 형성되는 유체 회로의 개략도이다. 유체 회로는 광학 조립체(20)의 실시예에 의해 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 일 실시예에서 제2 유체 챔버(208)는 포트(232)를 통해 비-점착성 액체의 공급원(268)과 유체 소통하도록 연결된다. 유사하게, 일 실시예에서 제1 유체 챔버(184)는 액체 공급원(268)과 유체 소통하도록 연결된다. 이와 관련하여, 포트(270)(도 3 및 도 8 참조)에 의해 제1 유체 챔버(184)로의 접근이 제공된다. 도시된 실시예에서, 포트(270)는 캡(168)에 배치된다. 이 실시예에서, 하나 이상의 유체 라인을 형성하는 유체 도관, 배관, 호스 등과의 연결을 위한 간단한 인터페이스를 제공하기 위해 적절한 유체 피팅이 사용될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1 유체 챔버(184)는 유체 라인(284)를 통해 비-점착성 액체의 공급원(268)과 연결된다. 제2 유체 챔버(208)는 각각의 체크 밸브(286 및 288)와 유체 라인(290 및 292)을 통해 액체 공급원(268)에 유체 소통하도록 연결된다. 일 실시예에서, 유체 라인(292)은 유체 라인(284)에, 결론적으로는 유체 공급원(268)에 유체 소통하도록 연결된다. 도시된 실시예에서, 체크 밸브(286)는 유체 라인(290)에 관련되며, 제2 유체 챔버(208)로부터 액체 공급원(268)으로의 유체 유동은 허용하지만, 액체 공급원(268)으로부터 제2 유체 챔버(208)로 액체가 역류하는 것은 방지하도록 구성된다. 체크 밸브(288)는 액체 공급원(268)으로부터 제2 유체 챔버(208)로 라인(284, 292)을 통해 유체가 유동하도록 허용하지만, 제2 유체 챔버(208)로부터 액체 공급원(268)으로의 유체 유동은 방지하도록 구성된다. 일 실시예에서, 체크 밸브(286)와 액체 공급원(268) 사이에 유체 라인(290)과 일렬로 필터(260)가 선택적으로 배치된다. 선택적 필터(246)는 예컨대 오염물질 입자 크기가 광학 실린더의 표면 조도에 도달하는 경우와 같이, 필요한 경우에 사용될 수 있다. 액체 공급원(268)이 유체 카트리지를 포함하는 일 실시예에서, 필터(248)는 내부에 통합된다.

이제, 세척 사이클 동안 광학 조립체(20)를 작동하는 하나의 대표적인 방법이 도 2 내지 도 10과 관련하여 설명될 것이다. 전술된 바와 같이, 광학 조립체는 도 3에 도시된 것처럼 연장된 상태에 있는 광학 실린더(124)와 함께 그 환경에서 작동한다. 예를 들어 하나 이상의 제어기(40) 중 적어도 하나에 의해 또는 더러운 광학 창을 나타내는 신호에 의해 사전에 선택된 시간 후에, 광학 실린더(124)는 하나 이상의 제어기(40)의 제어 하에 세척 사이클을 통해 작동된다. 위에서 간략하게 설명되고 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 세척 사이클은 예를 들어, 두 단계를 포함한다.

하나 이상의 제어기(40)는 광학 조립체(20)에 "온 보드(on-board)"하도록 배치되는 것으로 도시되지만, 하나 이상의 제어기(40)의 적어도 하나는 원격 위치에 "오프 보드(off-board)"에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, "온 보드" 제어기는 "오프 보드" 제어기로부터 제어 및 다른 신호를 수신하도록 구성된다. 하나 이상의 제어기(40)는 구동 메커니즘(30)과 예컨대 센서(160), 광학 근접 센서(264) 및/또는 먼지/이물질 센서(300)와 같은 하나 이상의 센서에 전기적으로 통신하도록 연결된다. 하나 이상의 제어기(40)는 광학 실린더(124)의 이동을 제어하는 논리를 포함한다. 통상의 기술자라면 논리는 하드웨어, 소프트웨어 및 이들의 조합을 포함하는 다양한 구성으로 구현될 수 있다는 것을 알 것이다. 하지만, 이 조합에 한정되는 것은 아니라는 것도 알 것이다. 일부 실시예에서, 제어기(36)는 프로세서와 메모리를 포함한다. 메모리는 예를 들어 ROM, RAM 및 KAM와 같은 형태의 어떤 휘발성 및 비-휘발성 저장 매체도 될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는, 예컨대 PROM(피롬), EPROM(이피롬), EEPROM(이이피롬), 플래시 메모리, 또는 그 외 데이터를 저장 가능한 전기, 자기, 광학 또는 조합 메모리 장치와 같은 다수의 알려진 메모리 장치 중 임의의 것을 사용하여 구현될 수 있다. 데이터는 적어도 구동 메커니즘(30)의 작동을 제어하는데 있어서 프로세서에 의해 사용되는 실행 가능한 명령을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 프로세서라는 용어는 해당 기술 분야에서 컴퓨터로서 지칭되는 집적 회로에 제한되지 않고, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 컴퓨터, 마이크로 프로세서, 프로그램 가능 논리 제어기, 주문형 집적 회로, 상기 것들의 조합 등을 넓게 의미한다. 일 실시예에서 프로세서는 구동 메커니즘 등에 적절한 제어 신호를 제공하기 위해 메모리에 저장된 명령을 실행한다.

일 실시예에서, 사전에 선택된 시간은 액체로서 사용되는 액체의 "건조" 기간에 기초하여 하나 이상의 제어기(40)에서 선택되고 프로그래밍 된다. 이와 관련하여, "건조" 기간은 부분적으로 유체의 증기압, 주변 온도, 그리고 광학 실린더의 노출된 부분이 영향을 받는 대류의 정도에 따라 달라진다. 따라서, 일 실시예에서 사전에 선택된 시간은 광학 실린더의 액체 필름이 건조되거나 증발되는데 걸리는 시간보다 짧도록 선택된다.

세척 사이클의 제1 단계는 유체 실린더(158)에 대해 제1 방향으로의 광학 실린더(124)의 이동을 포함한다. 이와 관련하여, 예컨대 리드 스크류(164)와 같은 선행 액추에이터는, 도 3에 도시된 광학 실린더(124)의 제1 또는 홈 위치로부터 도 4에 도시된 수축 위치로 광학 실린더(124)를 수축시키기 위해 하나 이상의 제어기(40)로부터의 적합한 신호에 의해 제어된다. 광학 실린더(124)가 유체 실린더(158) 내로 수축되면, 광학 실린더(124) 상에 있는 오염물질이 와이퍼(218)에 의해 광학 실린더(124)에 대해 아래로 밀리거나 닦여서 광학 실린더(124)로부터 제거된다. 일 실시예에서, 오염물질의 충분한 축적이 발생하면, 오염물질은 하우징(122)의 개방된 바닥을 통해 광학 실린더(124)로부터 (중력에 의해) 떨어진다. 이와 같이, 와이퍼(218)는 광학 창(128)을 포함하여, 광학 실린더(124)의 외측 표면을 세척한다. 광학 실린더가 지면과 예각으로 배치되는 일부 실시예에서, 광학 실린더는 그 자유 단부를 밀봉하는 캡을 더 포함할 수 있다. 이 예시와 다른 실시예에서, 캡은 액체를 지면을 향해 안내하기에 용이하도록 원추형이다.

와이퍼(218)가 이동하는 광학 실린더(124)의 외측 표면을 세척함에 따라, 광학 실린더(124)와 함께 이동하는 피스톤(172)은 제1 유체 챔버(184)에 있는 비-점착성 액체를 포트(270)를 통해 밖으로, 그리고 유체 라인(284)을 통해 액체 공급원(268)으로 되돌아 오도록 한다. 동시에, 비-점착성 액체는 체크 밸브(286 및 288)의 작동에 의해 오직 유체 라인(292)만을 통해 제2 유체 챔버(208)로 유입된다. 특히, 체크 밸브(286)는 필터(260) 및 유체 라인(290)을 통한 액체 유동을 방지하고, 체크 밸브(288)는 유체 저장부로부터 제2 유체 챔버(208)의 방향으로 유체가 유동되도록 한다. 이는 유체가 필터(260)를 통해 한 방향으로만 유동하도록 한다. 이렇게 하여, 함유된 어떤 입자의 재순환이 필터에 의해 방지된다. 유체가 제2 유체 챔버(208)를 채우면, 광학 실린더(124)의 외측은 비-점착성 액체에 침지된다.

제2 단계는 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 광학 실린더(124)가 제1 또는 홈 위치로 되돌아가도록 하는 광학 실린더(124)의 이동을 포함한다. 이와 관련하여, 예컨대 리드 스크류(164)와 같은 선형 액추에이터는 하나 이상의 제어기(40)로부터 전송되는 적절한 신호에 의해 제어되어, 광학 실린더(124)가 도 4에 도시된 제2 또는 수축 위치로부터 도 3에 도시된 제1 또는 홈 위치로 연장하도록 한다. 이 단계에서, 광학 실린더(124)가 유체 실린더(158)로부터 연장함에 따라, 광학 창(128)을 포함하여 광학 실린더의 외부 표면에 새로운 층의 비-점착성 액체가 부착 및 코팅된다. 유체 층의 두께는, 예컨대 광학 실린더의 표면 조도, 제1 밀봉부의 조도, 제1 밀봉부의 경도, 제1 밀봉부에 가해지는 압착량 및 광학 실린더의 상대 이동 속도 등과 같은 다양한 인자들에 따라 달라진다.

또한, 광학 실린더(124)의 연장은 제1 유체 챔버(184)로 하여금 라인(284) 및 포트(270)를 통해 액체 공급원(예컨대 유체 카트리지(236))으로부터의 유체로 채워지도록 한다. 피스톤(172)의 흡입 동작에 의해 제1 유체 챔버(184) 내의 압력이 저하됨에 따라, 액체로 제1 유체 챔버(184)가 채워진다. 동시에, 제2 유체 챔버 내의 유체가 포트(232)를 통해 밀려나와, 라인(290 및 292)을 통해 체크 밸브(286 및 288)로 푸시된다. 체크 밸브(286) 만이 유체가 통과하도록 하여, 선택적 필터(260)를 통해 액체 공급원(예컨대 유체 카트리지(236))으로 계속해서 유동된다. 반면, 체크 밸브(288)는 유체 라인(292)를 통한 그 이상의 유체 유동을 차단한다.

전술된 바와 같이, 세척 사이클은 사전에 선택된 경과 시간, 더러운 광학 창을 나타내는 신호 등에 의해 개시될 수 있다. 세척 사이클에 대한 만족도를 감지하는 다양한 방법이 있다. 예를 들어, 광학 장치가 카메라인 경우, 카메라 이미지 자체가 이미지에 영향을 주는 빗방울을 검출하거나 얼룩/먼지를 검출하는데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 신호는 먼지/이물질 감지 센서에 의해 생성된다.

도 12 및 도 13은 본 발명의 실시예와 함께 사용될 수 있는 먼지/이물질 검출 센서(300)의 일 실시예를 도시한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 센서(300)는 광학 실린더의 청결 상태를 측정 및/또는 검출한다. 도 12에 도시된 실시예에서, 센서(300)는 이미터(304)와 디텍터(308)를 포함한다. 일 실시예에서, 센서(300)는 예컨대 레이저와 같은 단일 주파수 이미터와 이미터에 의해 생성된 파장을 검출하는데 적합한 협대역 디텍터(narrow bandwidth detector)를 포함한다. 일 실시예에서, 이미터(304) 및 디텍터(308)는 도 13에 도시된 것처럼 홀딩 유닛(146)에 장착될 수 있다. 이미터와 디텍터가 개구(150)에 가까울수록, 감지 결과는 광학 장치의 시야의 청결도에 더 상응함을 이해할 것이다.

도 13은 이미터(304)와 디텍터(308)가 설치되는 광 실린더의 단면을 도시한다. 도 14a 및 도 14b에 개략적인 표현으로 도시된 바와 같이, 이미터(304)의 각도는, 광선(310)이 광학 실린더에서 굴절된 후에 다시 굴절되지 않고 환경으로 방출되도록, 광학 실린더(124)의 임계 굴절각보다 작다. 또한, 이미터(304)는 광학 실린더(214)의 외부에 있는 광선(310)의 방출 지점(314)이 디텍터(308)의 바로 앞에 위치하도록 배치된다. 반사광의 포획을 최대화하기 위해, 또 다른 실시예에서 디텍터(308)는 도 15a 및 도 15b에 도시된 것과 같이 원의 반경에 대해 이미터(304)와 동일한 각도를 형성하도록 배치된다. 도 14에 도시된 바와 같이, 광학 실린더(124)가 깨끗할 때, 광선(310)은 디텍터(308)에 영향을 주지 않고 환경으로 방출된다. 하지만, 도 15에서와 같이, 예컨대 오염물질과 같은 방해물(318)이 존재하면, 광선(310)은 입사 지점에서 다양한 방향으로 반사된다.

일부 실시예에서, 디텍터(308)에서 감지된 빛이 태양으로부터 오는 것인지 이미터(304)로부터 오는 것인지 구별하기 위해, 이미터(304)는 하나 이상의 제어기(40)에 의해 초당 수회 주기로 주기적으로 펄스화 된다. 일 실시예에서, 하나 이상의 제어기(40)는 이미터(304)가 켜져 있을 때 디텍터(308)의 출력을 이미터(304)가 꺼져있는 시간의 것과 비교한다. 이 차이가 특정 임계값보다 지속적으로 큰 경우, 이러한 차이는 광학 실린더가 물체에 의해 차단되었음을 의미한다. 일 실시예에서, 이 분석은 하나 이상의 제어기(40)의 적어도 하나에 의해 온-보드로 수행된다. 결과는 원격 시스템에 전달될 수도 있다.

일부 실시예에서, 디텍터가 태양광에 직접 마주하고 있을 때, 센서가 포화될 수 있다는 것이 관찰되었다. 발생 가능한 포화를 해결하기 위해, 다음의 해결책의 조합이 구현될 수 있다.

첫 번째로, 디텍터가 포화되기 전에 충분한 마진을 생성하기 위해 (센서의 대역 내에서) 센서로 입사되는 빛을 필터링 및 약화시킬 수 있다. 이렇게 함으로써, 이미터에 의해 방출되는 빛도 약화시킬 것이다. 결과적으로, 이미터의 전력은 그에 따라 검출 값의 적절한 변화를 생성하도록 조정될 수 있다.

두 번째로, 이미터와 디텍터의 파장은, 선택된 파장의 광도가 대기의 요소에 의해 현저하게 감소되는 대기 흡수 대역 내에 떨어지도록 선택될 수 있다. 이러한 경우, 디텍터의 포화는 우려되지 않는다.

세 번째로, 도 16에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 이미터와 한 쌍의 디텍터를 구비하는 센서(300')의 또 다른 실시예가 사용될 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 디텍터(308)는, 그 방향이 한 디텍터가 태양을 향할 때 다른 디텍터는 태양을 피하는 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 이러한 설계는 모든 디텍터의 동시 포화를 방지한다. 이 경우, 모든 센서의 출력은 하나 이상의 제어기(40)에 의해 판독 및 분석된다. 이 실시예에서, 포화된 것으로 판단되는 디텍터의 출력은 생략될 것이다.

도시된 실시예에서, 디텍터(308)는 각각 동일한 광원에 의해 동시에 포화되지 않도록 서로 매우 다른 각도를 향하고 있는 장방형 변환기로서 도시되어 있다. 센서의 곡면은 외부를 향하고, 일부 실시예에서 이 곡면은 광학 본체의 내부 만곡부와 정합한다. 센서(300')를 광학 본체와 완전히 접촉하도록 배치함으로써, 이미터(304)로부터 디텍터(308)로 누출되는 빛의 양을 최소화한다. 일부 실시예에서, 이미터(304)는 약 940nm 의 파장으로 전송한다.

전술한 기술 및 방법은 다양한 장치, 시스템 및 조립체에 사용될 수 있다. 또한, 전술한 기술 및 방법은 다른 구성의 광학 조립체에 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 어플리케이션에서, 한 쌍의 광학 장치를 구비하는 것이 유익 또는 유리하다. 이러한 어플리케이션의 예시는 카메라 뷰뿐만 아니라 길이 정보의 계산도 가능하게 하는 스테레오 카메라이다. 이러한 예시는 많은 다양한 구성으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 또 다른 실시예에 따른 광학 조립체는 2개의 광학 장치를 하나의 기다란 광학 실린더로 통합한다. 이러한 실시예에서, 광학 장치는 각각 실린더의 각 단부에 위치되고, 피스톤이 광학 실린더의 중앙에 배치된다. 아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 다른 구성도 가능하다.

광학 조립체의 일 실시예는, 일반적으로 2개의 광학 조립체(20)의 작동 구성요소를 연속적으로 배치함으로써 형성된다. 이러한 실시예에서, 각각 액밀 피스톤에 부착되는 2개의 별개의 광학 실린더가 사용된다. 이러한 실시예에서, 각각의 광학 실린더는 동일한 유체 실린더를 공유한다. 작동 중에, 광학 실린더를 세척하기 위한 와이핑 동작은 각각의 개별적 광학 실린더의 연장 및 수축을 포함할 것이다. 완전히 수축된 모드에서 2개의 피스톤은 서로에게서 가장 가깝고, 연장 구성에서 2개의 피스톤은 서로에게서 가장 멀리 떨어져 있다.

이러한 구성은 단지 2개의 광학 장치를 하나의 장치로 패키징하기를 원할 때 유용하다. 하지만, 일부 어플리케이션에서는, 예컨대 스테레오 카메라와 같은 광학 장치들은 서로에 대해 고정되어 그들의 교정이 유지되는 것이 바람직하다. 한 사이클에서 다른 사이클로의 카메라 간의 약간의 위치적 변화조차도 스테레오 카메라 쌍의 성능에 해로울 수 있다.

도 17은 광학 장치들이 서로에 대해 고정되는 본 발명의 일 양태에 따라 형성된 광학 조립체(420)의 또 다른 실시예를 도시한다. 광학 조립체(420)는 아래에서 보다 상세하게 설명되는 차이점들을 제외하고 전술된 조립체(20)와 실질적으로 구성 및 동작이 유사하다. 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 광학 조립체(420)는 중앙에서 피스톤(172)에 결합되고, 동일한 유체 실린더(158)에 둘러싸이는 2개의 광학 실린더를 포함한다. 이와 같이, 2개의 결합된 광학 실린더의 유체 실린더에 대한 상대적 이동이 와이핑 동작을 생성한다.

도 17 및 도 18에 도시된 실시예에서, 2개의 지지 암(440, 442)이 중앙의 피스톤(172)에 부착되고, 지지 암의 다른 단부는 단부 캡(214)에 부착된다. 지지 암, 피스톤 및 단부 캡의 연결은 단단하다. 양측에서 각각 광학 실린더(124)는 단부 캡(214)과 피스톤(172) 사이에 축 방향으로 끼워진다. 광학 실린더의 각각의 단부에서, 가요성 개스킷이 광학 실린더와 단부 캡 사이에 인터페이스를 생성한다. 개스킷의 압축 정도는 지지 암의 길이, 광학 실린더의 길이, 그리고 개스킷의 두께를 고려하여 조정될 수 있다. 또한, 광학 실린더는 각 단부에서 O링 밀봉부에 의해 반경 방향으로 구속된다. O링 밀봉부는 광학 실린더의 각 단부에 액밀 밀봉도 생성한다.

광학 장치(126)는 지지 암(440 및 442)에 직접적으로 장착된다. 이러한 배치는 2개의 광학 장치가 서로에 대해 강고하게 위치되는 것을 보장한다. 또한, 광학 실린더(124)는 비-강성 연결부에 의해 지지되기 때문에, 광학 실린더(124)는 사용중인 동적 힘에 의해 야기되는 굽힘 하중으로부터 격리된다. 전술된 하중은 지지 암의 강성 연결부를 통해 전달된다.

이러한 실시예에 대한 세척 사이클은 유체 실린더(158)에 대한 광학 실린더 조립체의 상대적 이동을 포함한다. 이러한 이동 동안에, 액밀 피스톤(172)은 유체가 각각의 포트에 유입 및 유출되도록 한다. 이러한 유동은 도 5의 유체 회로에서 설명된 바와 매우 동일한 방식으로 사용될 수 있다. 하지만, 이 실시예 및 도 19의 유체 회로(500)에 도시된 배열에는, 2개의 추가적인 체크 밸브가 사용될 수 있다.

도 20은 본 발명의 일 양태에 따라 형성된 광학 조립체(520)의 또 다른 실시예를 도시한다. 광학 조립체(520)는 아래에 보다 상세하게 설명되는 차이점을 제외하고는 전술된 광학 조립체(120)와 실질적으로 구성 및 동작이 유사하다. 도 20 내지 도 22에서 도시된 바와 같이, 광학 조립체(520)는 외부 유체 실린더(558)에 대해 광학 실린더(524)의 왕복운동을 제공하는 이중 리드 스크류 형태의 구동 메커니즘(530)을 포함한다.

적어도 하나의 광학 장치(126)가 광학 실린더(524) 내에 배치되거나 광학 실린더(524)에 의해 보호된다. 광학 장치(126)는 광학 실린더(543)의 반경 방향으로 45도 거울(148) 또는 다른 반사성 매체를 통해 광학 창(128)을 통과하는 시선을 갖는다. 사용 시, 광학 실린더(524)가 도 20 및 도 21의 홈 위치에 있을 때, 광학 창(128)은 광학 하우징(도시되지 않음)의 개구와 정렬될 수 있다.

도 21에 도시된 바와 같이, 제1 광학 실린더 단부 캡(568)은 예컨대 O링, 열 결합, 화학 결합 등과 같은 적합한 밀봉 수단의 도움으로 광학 실린더(524)의 일 단부를 밀봉한다. 제2의, 테이퍼진 단부의 광학 실린더 단부 캡은 예컨대 O링, 열 결합, 화학 결합 등과 같은 적합한 밀봉 수단의 도움으로 광학 실린더(524)의 다른 단부를 밀봉한다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 단부 캡은 지지 암 조립체에 고정된다. 이들 실시예들 중 일부에서, 단부 캡과 광학 실린더 사이에 끼워진 가요성 개스킷은 원하는 경우, 습윤 및 열 변형 완화를 제공할 수 있다. 리트 스크류(564)는 그 측면에서 광학 실린더(524)의 내부로 연장한다. 리드 스크류의 단부를 감지하기 위해 선택적인 센서(도시되지 않음)들이 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 센서의 출력은 광학 실린더(524)를 작동 시킬 때 위치적 참고로서 하나 이상의 제어기(40) 중 적어도 하나에 의해 사용될 수 있다. 대안적으로, 리드 스크류의 완전한 수축은 모터가 장착된 플레이트에 고정되는 선택적 센서에 의해 감지될 수 있다. 리드 스크류 너트(570)가 리스 스크류(564)와 맞물린다. 리드 스크류 너트(570)는 가요성 커플링에 의해 광학 실린더 단부 캡(568)에 부착되는 장착 브래킷(572)에 회전 가능하게 고정된다.

작동 중에, 리드 스크류(564)의 전기 모터(566)에 의한 시계방향 및 반시계방향으로의 회전은 리드 스크류 너트(570)로 하여금, 그리고 결과적으로 광학 실린더(524)로 하여금, 예를 들어 도 21 및 22에 도시된 위치들 사이에서, 유체 실린더(558) 내에서 왕복 운동하도록 한다. 광학 조립체(120)와 유사하게, 전기 모터(566)는 하나의 완전한 사이클(즉, 도 21의 제1 또는 홈 위치, 도 22의 수축 또는 세척 위치, 도 21의 제1 또는 홈 위치)을 통해 광학 실린더(524)를 이동시키기 위해 적합한 구동 신호를 통해 제어될 수 있다. 도시된 실시예에서, 구동 메커니즘(530)은 광학 실린더(524)에 이동을 부여하지만, 구동 메커니즘(530)은 그 대신 유체 실린더(558)에 이동을 부여하도록 구성될 수 있다.

다시 도 20 내지 도 22를 참조하면, 광학 실린더(524)의 적어도 일부는 유체 실린더(558) 내에서 왕복 운동한다. 도 20 내지 도 22에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 글랜드(558 및 590)는 유체 실린더(558)의 단부에 밀봉하도록 장착된다. 각각의 글랜드(588 및 590)는 광학 실린더(524)를 둘러싸고, 광학 실린더(524)가 각각의 글랜드를 통해 왕복 운동할 수 있도록 한다. 도 21 및 도 22에 도시된 실시예에서, 글랜드(588 및 590)는 내부 보어를 한정하며, 이 내부 보어를 통해 광학 실린더(524)가 안내되는 방식으로 왕복운동 한다. 조립되었을 때, 광학 실린더(524), 유체 실린더(558) 및 글랜드(588 및 590)는 협동하여 유체 챔버(608)를 한정한다. 특히, 유체 챔버(608)는 광학 실린더(524)의 외부 표면과 유체 실린더(558)의 내부 표면 사이에 형성된다. 일부 실시예에서, 하부 글랜드(590)는 유체 챔버(608)에 접근하기 위한 유입구(도 21 및 도 22에 도시되지 않음)를 포함한다.

여전히 도 21 및 도 22를 참조하면, 상부 및 하부 글랜드(588 및 590) 각각은 유체 챔버(608)를 밀봉하도록 구성 및 배치되는 제1 밀봉부(216)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 밀봉 작용은 광학 실린더(524)의 외부 표면과 글랜드(588, 590) 의 내부 보어 사이에 발생한다. 일부 실시예에서, 제1 밀봉부는 광학 실린더(524)의 외부 표면과 글랜드(588, 590)의 내부 보어 사이에서 압축된다. 제1 밀봉부(216)가 다른 구성을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 하부 제1 밀봉부는 유체 막 도포 특성을 위해 구성될 수 있고, 상부 제1 밀봉부는 왕복 운동에서 낮은 마찰을 위해 구성될 수 있다.

사용되는 동안, 유체 챔버(608)는 일정량의 비-점착성 액체를 저장한다. 하부 제1 밀봉부(216)는 유체 챔버(608)를 밀봉하고, 적어도 광학 창(528)을 커버하는 액체층을 도포 및 유치하는 것도 돕는다. 따라서, 광학 실린더(524)가 유체 실린더(558)에 대해 왕복 운동할 때, 광학 실린더(524)의 적어도 광학 창은 내부에 배치되는 액체와 유체 접촉하게 된다. 광학 창이 반대 방향으로 왕복 운동하여, 유체 챔버(608)와의 유체 접촉으로부터 광학 창을 제거할 때, 하부 제1 밀봉부(216)는 광학 실린더(524)가 도 20 및 도 21에 도시된 홈 위치로 복귀하면서 얇은 막의 비-점착성 액체가 광학 창에 남아있도록 돕는다. 이와 같이, 적어도 유체 챔버(608)와 하부 제1 밀봉부(216)는 함께 유체 공급 메커니즘(36)의 일 실시예를 형성한다.

여전히 도 21 및 도 22를 참조하면, 하부 글랜드(590)는 광학 실린더(524)의 외부 표면과 글랜드(590)의 내부 보어 표면 사이에 배치되는 제2 밀봉부(218)를 더 포함한다. 제2 밀봉부(218)는 제1 밀봉부(216)보다 광학 실린더(524)의 자유 단부에 가깝게 위치한다. 일부 예시에서, 제2 밀봉부(218)는 날카로운 에지를 구비하도록 구성되고, 광학 실린더(524)를 향해 안쪽이 예각으로 테이퍼진다. 제2 밀봉부(218)는 가장 외측 에지가 광학 실린더(524)과 수평으로 맞닿아 있고, 그에 대해 정압을 가하도록 구성 및 배치된다. 이렇게 하면, 제2 밀봉부(218)는 유체를 밀봉하기보다는 오히려 오염물질을 긁어내거나 및/또는 닦아내도록 구성되며, 따라서 본 명세서에서 와이핑 요소 또는 와이퍼("와이퍼(218)")로서 지칭될 수 있다. 와이퍼(218)는 또한, 광학 본체 세척 메커니즘(32)의 일 실시예를 형성한다.

도시된 실시예에서, 유체 챔버(608)는 선택적 불침투성 벨로즈(612)에 의해 형성되는 내부 캐비티(610)에 연결될 수 있다. 도시된 실시예에서, 일 단부에서 벨로즈(612)는 상부 글랜드(588)에 대해 밀봉되고, 다른 단부에서는 캡(568)에 대해 밀봉된다. 이러한 배열은 유체 챔버(608)에 대한 광학 실린더(524)의 이동 시 벨로즈(512)의 연장 및 압축을 허용하며, 그 반대도 가능하게 한다. 이러한 실시예에서, 상부 글랜드(588)는 벨로즈(612)의 내부 캐비티(610)와 유체 챔버(608) 사이에 유체 유동을 허용하도록 구성되는 다중 채널(614)로 형성된다. 물론, 채널(614)은 벨로즈(612)가 없는 실시예에서는 생략된다. 이 실시예 및 다른 실시예에서, 하부 글랜드(590)는 도 23의 유체 회로에 도시된 바와 같이, 유입구(662)를 통해 유체 블래더(656)에 연결된다. 유체 블래더(656) 또는 다른 유체 저장부는 초과량의 액체를 저장하고, 원하는 경우 하나 이상의 방향 밸브(예를 들어, 우산 밸브, 체크 밸브 등)뿐만 아니라 선택적 필터 매체를 통해 유입구(662)에 연결된다.

작동 시에, 광학 실린더가 도 21의 위치로부터 도 22의 위치로 병진함에 따라, 벨로즈(612)는 연장되어, 내부 캐비티(610)와 유체 챔버(608) 내의 압력이 저하되고, 유체가 유체 블래더(656)로부터 유체 챔버(608)로 유동된다(drawn into). 광학 실린더(524)가 도 22의 위치로부터 도 21의 위치로 병진함에 따라, 벨로즈(612)는 압축되어 내부 캐비티(610)와 유체 챔버(608)의 압력이 증가되고, 유체가 유체 챔버(608)로부터 선택적 필터를 지나 유입구(662)를 통해 블래더(656)로 펌핑된다. 벨로즈(612)와 유체 블래더(656)의 추가는, 더 작은 또는 유사한 패키지에서 더 빠른 세척 사이클을 가능하게 하는 액밀 피스톤을 구비하는 실시예보다 적은 구동력을 요구한다는 것을 이해할 것이다.

이러한 설계는 제1 밀봉부(216) 주위에 유체 유동을 제공하며, 이는 2가지 뚜렷한 이점을 제공함을 이해해야 한다. (1) 장치가 잘못 배향되어 사용되는 경우에도, 제1 밀봉부의 유체 부족을 방지하며, (2) 제1 밀봉부에 침전된 오염물질을 휘젓는다. 이는 여과 동작 중에, 오염물질이 부유되어 필터링 매체를 통해 펌핑되도록 한다.

일부 실시예에서, 광학 창을 세척하기 위한 스트로크의 양을 액체를 펌핑하는데 사용되는 스트로크와 분리하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 실시예에서, 광학 실린더 단부 캡에 대한 벨로즈의 연결이 제거될 수 있다. 벨로즈는 대신 직경이 작은 또 다른 내부 벨로즈로 보완될 수 있다. 이 실시예에서, 2개의 벨로즈는 상부에서 밀봉될 것이고, 하부에서는 상부 제1 밀봉부 글랜드에 연결되고 그 사이에 유체 채널이 위치할 것이다. 내부 압축 스프링이 2개의 연결된 벨로즈를 똑바로 세울 수 있다. 연장되었을 때, 광학 실린더 단부 캡은 액체를 펌핑하여 배출하는 이 접을 수 있는 탱크를 밀고 압축하며, 수축하는 동안에는 내부 압축 스프링이 다시 2개의 벨로즈를 똑바로 세워, 액체를 다시 안으로 유입한다. 이러한 실시예에서, 펌핑하는 스트로크는 세척 동작 스트로크보다 작을 수 있다.

전술된 바와 같이, 일부 실시예에서 한 쌍의 광학 장치를 갖는 것은 유익 또는 유리하다. 이러한 어플리케이션의 예시로는 카메라 뷰뿐만 아니라 깊이 정보의 계산을 가능하게 하는 스테레오 카메라가 있다. 이러한 예시는 많은 다양한 구성으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 또 다른 실시예에 따른 광학 조립체는 예컨대 광학 조립체(520)와 같은 2개의 광학 장치를 하나의 기다란 광학 실린더로 통합한다. 또 다른 실시예에서, 2개의 벨로즈는 공유된 하나의, 또는 2개의 연결된 벨로즈로 교체될 수 있다. 이러한 실시예에서, 유체 포트는 벨로즈(들) 내에 있도록 또는 글랜드 중 하나에 내장되도록 선택될 수 있다.

도 24 및 도 25는 본 발명의 일 양태에 따라 형성되는 광학 조립체(720)의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 24는 광학 조립체(720)의 사시도이다. 도 25는 도 24의 광학 조립체(720)의 단면도이다. 도 24 및 도 25에 도시된 바와 같이, 광학 조립체(720)는 광학 본체(724), 유체 도포기(736) 및 광학 본체 세척 메커니즘(732)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 광학 본체(724)는 하나 이상의 광학 장치(126)를 그 안에 수용하는 광학 실린더로서 형성된다. 이러한 실시예에서, 광학 실린더(724)는 적합하게 구성 및 배열된 구동 메커니즘(도시되지 않음)에 의해 중심 축선(A)을 중심으로 회전되어, 광학 창이 유체 도포기(736) 및 광학 본체 세척 메커니즘(732) 모두에 대해 이동되도록 한다. 일부 실시예에서, 회전은 단일 방향으로만 이루어질 수 있으며, 또 다른 실시예에서 회전은 왕복 회전 또는 각 진동을 포함한다.

이 실시예에서 유체 도포기(736)는 개방 단부 하우징(738)을 포함한다. 하우징(738)은 하우징(738)에 의해 한정되는 개구와 유체 소통하는 유체 챔버(740)를 포함한다. 하우징(738)의 개방 단부는 광학 본체(724)에 대해 수평으로 맞닿아 있도록 구성되고, 개구의 둘레 주위에 배치된 홈을 포함한다. 홈은 제1 밀봉부(216)를 수용하도록 구성된다. 유체 챔버(740)에 접근하기 위한 선택적 유입구(742)가 하우징(738)에 제공된다.

광학 본체 세척 메커니즘(732)은 날카로운 에지로 구성되고, 광학 실린더(724)의 외부 표면을 향해 안쪽이 예각으로 테이퍼지는 와이퍼로 형성된다. 와이퍼는 가장 외측 에지가 광학 실린더(724)의 외측 표면에 수평으로 맞닿아 있고, 그에 대해 정압을 가하도록 구성 및 배열된다. 일부 실시예에서, 와이퍼는 제1 밀봉부(216)와 유사한 경도 값을 갖는 탄성중합체로 제조된다. 다른 실시예에서, 와이퍼는 제1 밀봉부(216)보다 큰 경도 값을 갖는 탄성중합체로 제조된다. 일 실시예에서, 와이퍼는 약 85-95 범위의 쇼어 A 경도를 갖는다.

도 24 및 도 25에 도시된 실시예에서, 와이퍼는 유체 도포기를 둘러싸지 않으며, 따라서 오염물질이 와이퍼를 지나, 유체 도포기와 접촉하게 됨으로써, 와이퍼와 유체 도포기 사이 공간에 들어갈 수 있다. 이러한 경우를 방지하기 위해, 와이퍼와 유체 도포기 사이의 공간은 선택적으로 봉입되고, 일부 실시예에서는 완전하게 밀봉된다. 이와 관련하여, 광학 조립체(720)는 광학 봉입체(744)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 와이퍼는 이물질의 스크레퍼(scraper)로서 작용하도록 구성되는 봉입체(744)에 장착된다.

일부 실시예에서, 밀봉체(744)와 광학 본체(724) 사이에 부분적으로 또는 완전히 원형인 밀봉 플레이트(746)가 제공된다. 이와 관련하여, 제1 및 제2 밀봉 플레이트(746)는 와이퍼의 각 측면에 배치된다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 밀봉 플레이트(746)는 광학 본체(724)에 고정된다. 이러한 실시예에서, 고정은 접착제, 하나 이상의 O링 등을 통해 달성될 수 있다. 밀봉 플레이트(746)와 봉입체(744) 사이의 인터페이스는 부싱에서 발견되는 것과 유사한 2개의 강성 재료 사이의 인터페이스가 될 수 있다. 일부 실시예에서, 밀봉 플레이트뿐만 아니라 봉입체의 재료는 낮은 마찰 인터페이스를 갖도록 선택될 수 있다.

다른 실시예에서, 제1 및 제2 밀봉 플레이트(746)는 봉입체(744)에 고정된다. 이러한 실시예에서, 밀봉 플레이트(746)와 광학 실린더(724) 사이의 인터페이스는 회전 밀봉부(rotary seal)와 유사하게 작용한다. 이와 관련하여, 예컨대 샤프트 오일 밀봉 및 베어링 격리 장치와 같은 회전 다이나믹 밀봉에 사용되는 적합한 밀봉이 사용될 수 있다. 이러한 밀봉의 일부 예시로는 파커 하니핀 사의 "플렉시케이스 티엠 CEE(FlexiCase^TM CEE)", "플렉시씰 FF(FlexiSeal FF)", 및 "플렉시 립 로터리(FlexiLip Rotary)"가 있다. 또 다른 실시예에서, 각각의 밀봉 플레이트는 2개의 인터리빙 플레이트, 즉 외부 및 내부 밀봉 플레이트로 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 외부 플레이트는 봉입체(744)에 고정되고, 내부 플레이트는 광학 본체(724)에 고정된다. 예컨대 베어링 격리 장치로서 사용되는 것과 같은 다른 래버린스 식 밀봉 구조가 이러한 실시예에서도 효과적일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 실시예들에 의해 수행되는 예시들은 파커 패밀리의 프로테크 티엠(ProTech^TM) 베어링 격리 장치에 의해 제공된다.

도 26 및 27은 본 발명의 일 양태에 따라 형성되는 광학 조립체(820)의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 26은 광학 조립체(820)의 사시도이다. 도 27은 도 26의 광학 조립체(820)의 단면도이다. 광학 조립체(820)는 이제부터 설명될 차이점들을 제외하고는 광학 조립체(720)와 실질적으로 구성 및 동작이 동일하다. 도 26 및 도 27에 도시된 바와 같이, 광학 조립체(820)는 광학 본체(824), 유체 도포기(836), 그리고 광학 본체 세척 메커니즘(832)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 광학 본체(824)는 편평한 광학 표면을 구비하는 광학 플레이트로서 형성된다. 광학 본체는 하나 이상의 광학 장치(126)를 보호한다. 이 실시예에서, 광학 플레이트는 광학 창(828)이 유체 도포기(836) 및 광학 본체 세척 메커니즘(832) 모두에 대해 이동되도록, 적합하게 구성 및 배열되는 구동 메커니즘(도시되지 않음)에 의해 선형으로 왕복운동 하도록 이동된다.

이 실시예에서 유체 도포기(836)는 개방 단부 하우징(838)도 포함한다. 하우징(838)은 하우징(838)에 의해 한정되는 개구와 유체 소통하는 유체 챔버(840)를 포함한다. 하우징의 개방 단부는 광학 본체(824)와 수평으로 맞닿도록 구성되고, 제1 밀봉부(216)를 수용하도록 구성되는 개구의 둘레 주위에 배치되는 홈을 포함한다. 유체 챔버(840)의 접근에 접근하기 위한 선택적 유입구(842)가 하우징(838)에 제공된다.

광학 본체 세척 메커니즘(832)은 날카로운 에지로 구성되고 광학 실린더(824)의 외부 표면을 향해 안쪽이 예각으로 테이퍼진 와이퍼 또는 스르래퍼로서 형성된다. 와이퍼는 그 가장 외측 에지가 광학 실린더(824)의 외부 표면에 대해 수평으로 맞닿도록, 그리고 광학 실린더(824)의 외부 표면에 정압을 가하도록 구성 및 배열된다.

광학 조립체(820)는 또한, 선택적 봉입체(844)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 와이퍼는 봉입체(844)에 장착된다. 일부 실시예에서, 평행하게 연장하는 밀봉 플레이트(846)가 와이퍼의 각 측면에 봉입체(844)와 광학 본체(824) 사이에 제공된다. 각각의 밀봉 플레이트(844) 단부에 광학 본체(824)와 접촉하기 위한 립-형 밀봉부가 제공된다. 레버린 형 밀봉 구조도 이러한 실시예에서 효과적일 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도 28 내지 도 30은 본 발명의 일 양태에 따라 형성되는 광학 조립체(920)의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 28은 광학 조립체(290)의 사시도이다. 도 29는 도 28의 광학 조립체의 평면도이다. 도 30은 도 29의 광학 조립체(920)의 단면도이다. 광학 조립체(920)는 지금부터 설명될 차이점을 제외하고는 광학 조립체(820)와 실질적으로 구성 및 동작이 동일하다. 도 28 내지 도 30에 도시된 바와 같이, 광학 조립체(920)는 광학 본체(924), 유체 도포기(936) 및 광학 본체 세척 메커니즘(932)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 광학 본체(924)는 편평한 광학 표면을 구비하는 광학 디스크 플레이트로서 형성된다. 광학 본체는 하나 이상의 광학 장치(126)를 차폐 또는 보호한다. 이 실시예에서, 광학 디스크 플레이트는 광학 창(928)이 유체 도포기(936) 및 광학 본체 세척 메커니즘(932) 모두에 대해 이동되도록 적절하게 구성 및 배열된 구동 메커니즘(도시되지 않음)에 의해 축선(A)을 중심으로 회전된다. 일부 실시예에서 회전은 단일 방향으로만 이루어질 수 있고, 다른 실시예에서 회전은 왕복 회전 또는 각 진동을 포함한다.

이 실시예에서도, 유체 도포기(936)는 개방 단부 하우징(938)을 포함한다. 하우징(938)은 하우징(938)에 의해 한정되는 개구와 유체 소통하는 유체 챔버(940)를 포함한다. 하우징(938)의 개방 단부는 광학 본체(924)와 수평으로 맞닿도록 구성되며, 제1 밀봉부(216)를 수용하도록 구성되는 개구 둘레의 주위에 배치되는 홈을 포함한다. 유체 챔버(940)에 접근하기 위해 하우징(938)에 선택적 유입구(942)가 제공된다.

광학 본체 세척 메커니즘은 날카로운 에지로 구성되고 광학 본체(924)의 외부 표면을 향해 안쪽이 예각을 이루도록 테이퍼진 와이퍼 또는 스크래퍼로서 형성된다. 와이퍼는 그 가장 외측 에지가 광학 본체(924)의 외부 표면에 대해 수평하게 맞닿아 있고, 광학 본체(924)의 외부 표면에 대해 정압을 가하도록 구성 및 배열된다.

일부 실시예에서, 광학 조립체(920)는 선택적 봉입체(944)도 포함한다. 도시된 실시예에서, 와이퍼는 봉입체(944)에 장착된다. 일부 실시예에서, 봉입체(944)는 립-형 밀봉 또는 그와 유사한 것을 통해 광학 본체(924)와 밀봉 인터페이스를 형성한다. 또 다른 실시예에서, 일체형 유체 도포기와 와이퍼(도 31)가 사용될 수 있다. 일체형 유체 도포기와 도 31의 와이퍼는 전술된 광학 조립체의 다른 실시예에서도 사용될 수 있다.

본 발명의 목적에 있어서, 예컨대 "상부", "하부", "수직", "수평", "앞", "뒤", "내부", "외부", "전방", "후방" 등과 같은 용어는 설명하는 것으로서 해석되어야 하며, 청구된 발명의 범위를 제한하지 않아야 한다. 또한, "포함하는" 또는 "구성하는" 또는 "구비하는" 및 그 변형은 본 명세서에서 그 이후에 열거된 항목 및 그와 동일한 것뿐만 아니라 추가적인 항목을 포함하는 것을 의미한다. 달리 제한되지 않는 한, 본 명세서에서 "연결된", "결합된" 및 "장착된"이라는 용어와 이들의 변형은 광범위하게 사용되며, 직접 및 간접 연결, 커플링 및 장착을 포함한다.

본 발명의 원리들, 대표적 실시예, 그리고 작동 모드들이 전술한 설명에서 설명되었다. 하지만, 보호하고자 하는 본 발명의 양태는 개시된 특정 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들은 제한적인 것이 아니라, 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 이용된 균등물 및 다른 것들에 의해 변형 및 변화가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 이러한 모든 변형, 변화 및 균등물은 청구된 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 것으로 명백하게 의도된다.

Claims (63)

1. 광학 장치를 격납하는 광학 본체의 광학 창을 세척하는 세척 장치로서,
   상기 광학 장치는 상기 광학 창을 통해 시선(line of sight)을 구비하고, 상기 세척 장치는
   유체 도포기,
   와이퍼,
   액추에이터를 포함하되, 상기 액추에이터는
   상기 광학 창의 적어도 시선 부분이 상기 와이퍼에 의해 세척되는 세척 사이클의 제1 단계를 시작시키기 위해 상기 광학 본체와 상기 와이퍼 사이의 상대적인 운동을 일으키고,
   상기 광학 창의 적어도 상기 시선 부분을 덮도록 상기 유체 도포기에 의해 액체 막이 도포되어, 상기 액체 막이 상기 광학 창에 유지되어 상기 액체 막 밑에 있는 상기 광학 창에 오염물질이 접착되는 것을 방지하면서 상기 광학 장치의 광학 작업을 가능하게 하는 상기 세척 사이클의 제2 단계를 시작시키기 위해 상기 광학 본체와 상기 유체 도포기 사이의 상대적인 운동을 일으키도록 작동 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유체 도포기는 상기 액체 막을 도포하기 위한 어느 정도 양의 액체를 수용하도록 구성되는 유체 챔버를 포함하며, 상기 유체 도포기는, 상기 유체 도포기와 상기 광학 본체 사이의 상대적 운동 중에 상기 광학 창에 상기 액체 막을 도포하는 디스펜서로서의 역할을 하도록 작동 가능하게 구성되는 제1 밀봉부를 상기 광학 본체와 상기 유체 챔버 사이에 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 밀봉부는, 상기 유체 도포기와 상기 광학 본체 사이의 상대적인 운동 중에, 상기 광학 창에 도포되는 상기 액체 막의 두께를 제어하도록 작동 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 와이퍼는 상기 제1 밀봉부에 인접하게 배치되어, 세척 사이클의 상기 제1 단계 동안 상기 광학 창과 상기 제1 밀봉부로부터 멀어지는 방향으로 오염물질을 안내하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 세척 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 와이퍼와 상기 제1 밀봉부는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 와이퍼는, 상기 세척 사이클의 상기 제2 단계 동안 상기 유체 도포기에 의해 상기 액체 막이 도포되는 너비에 대응하는 상기 광학 창의 부분을 세척하도록 크기 설정(sized) 및 배치되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 유체 도포기는 상기 액체 막을 도포하기 위한 어느 정도의 양의 액체를 수용하도록 구성되는 유체 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 세척 장치는 상기 액체 막을 도포하기 위한 액체를 저장하도록 구성되는 액체 저장원을 추가적으로 포함하고, 상기 액체 저장원은 상기 유체 챔버 내에 액체를 보충하기 위해 상기 유체 챔버와 액체 소통되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 세척 장치는 상기 액체 저장원과 상기 유체 챔버 사이에 유체를 펌핑하기 위한 수단들을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 펌핑을 위한 수단들은 상기 액추에이터에 의해 생성되는 상대적인 운동을 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
11. 제8항에 있어서, 상기 액체 저장원은 상기 유체 챔버와 필터를 통해 액체 소통하고, 상기 필터는 상기 액체로부터 오염물질을 제거하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 세척 장치.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학 본체는,
    광학 실린더,
    광학 플레이트,
    편평한 광학 표면 및
    구형 본체 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액추에이터는,
    상기 광학 본체와 상기 유체 도포기 사이에 상대적인 선형 왕복 운동,
    상기 광학 본체와 상기 유체 도포기 사이에 상대적인 회전 왕복 운동,
    상기 광학 본체와 상기 유체 도포기 사이에 상대적인 단일 방향으로의 회전 운동, 그리고
    상기 광학 본체와 상기 유체 도포기 사이에 상대적인 단일 방향으로의 계속적인 회전 운동 중 어느 하나를 일으키도록 작동 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학 창 상에 오염물질의 존재를 검출하도록 구성되는 센서를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액체는, 세척 사이클의 상기 제1 단계 동안 오염물질을 용이하게 제거하기 위해, 상기 액체 막이 오염물질과 상기 광학 창 사이의 결합을 약화시키도록 선택되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
16. 광학 장치를 하우징하는 광학 본체의 광학 창을 세척하는 방법으로서,
    상기 광학 장치는 상기 광학 창을 통해 시선을 구비하고, 상기 방법은,
    상기 광학 창의 적어도 시선 부분이 와이퍼에 의해 세척되는 세척 사이클의 제1 단계를 시작시키기 위해, 상기 광학 본체와 상기 와이퍼 사이의 상대적인 운동을 일으키는 단계, 그리고
    상기 광학 창의 적어도 상기 시선 부분을 덮기 위해 유체 도포기에 의해 액체 막이 도포되어, 상기 액체 막이 상기 광학 창에 유지되어 상기 액체 막 밑에 있는 상기 광학 창에 오염물질이 접착되는 것을 방해하면서 상기 광학 장치의 광학 작업을 가능하게 하는 상기 세척 사이클의 제2 단계를 시작시키기 위해, 상기 광학 본체와 상기 유체 도포기 사이의 상대적인 운동을 일으키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 창 세척 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 유체 도포기는 상기 액체 막을 도포하기 위한 어느 정도의 양의 액체를 수용하도록 구성되는 유체 챔버를 포함하고, 상기 유체 도포기는 상기 유체 챔버와 상기 광학 본체 사이에 제1 밀봉부를 포함하며, 상기 광학 본체 사이의 상대적인 운동 중에 상기 제1 밀봉부가 상기 광학 창에 상기 액체 막을 도포하는 디스펜서로서의 역할을 함으로써 상기 유체 도포기에 의해 상기 액체 막이 도포되는 것을 특징으로 하는 광학 창 세척 방법.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상대적인 운동을 일으키는 것은,
    상기 광학 본체와 상기 유체 도포기 사이에 상대적인 선형 왕복 운동,
    상기 광학 본체와 상기 유체 도포기 사이에 상대적인 회전 왕복 운동,
    상기 광학 본체와 상기 유체 도포기 사이에 상대적인 단일 방향으로의 회전 운동, 그리고
    상기 광학 본체와 상기 유체 도포기 사이에 상대적인 단일 방향으로의 연속적인 회전 운동 중 어느 하나를 일으키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 창 세척 방법.
19. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 광학 창 상에 오염물질의 존재를 검출하는 것을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 창 세척 방법.
20. 제17항에 있어서, 상기 유체 챔버와 액체 소통하여, 상기 유체 챔버에 액체를 보충하기 위한 액체를 저장하도록 구성되는 액체 저장원을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 창 세척 방법.
21. 제20항에 있어서, 오염물질을 제거하기 위해 상기 액체를 여과시키는 것을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 창 세척 방법.
22. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 액체는, 세척 사이클의 상기 제1 단계 동안 오염물질을 용이하게 제거하기 위해, 상기 액체 막이 오염물질과 상기 광학 창 사이의 결합을 약화시키도록 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 창 세척 방법.
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