WO2022207667A1 - Dispositif de nettoyage d'une surface optique - Google Patents

Dispositif de nettoyage d'une surface optique Download PDF

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WO2022207667A1
WO2022207667A1 PCT/EP2022/058327 EP2022058327W WO2022207667A1 WO 2022207667 A1 WO2022207667 A1 WO 2022207667A1 EP 2022058327 W EP2022058327 W EP 2022058327W WO 2022207667 A1 WO2022207667 A1 WO 2022207667A1
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WO
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optical surface
transducer
washing liquid
unit
ultrasonic wave
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/058327
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English (en)
Inventor
Michaël BAUDOIN
Ravinder CHUTANI
Olivier BOU MATAR-LACAZE
Frederic Bretagnol
Vincent Izabel
Gérald CAILLOT
Alexandre FILLOUX
Original Assignee
Universite De Lille
Centrale Lille Institut
Universite Polytechnique Hauts-De-France
Centre National De La Recherche Scientifique
Valeo Systemes D'essuyage
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Publication date
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    • B60S1/58—Cleaning windscreens, windows or optical devices specially adapted for cleaning other parts or devices than front windows or windscreens for rear windows

Definitions

  • the present invention relates to a device for cleaning an optical surface.
  • Dirt for example dust, particles of dried mud or greasy films, hinders the good vision of an observer looking at his environment through the optical surface or the detection by a system configured to emit or receive radiation through the optical surface.
  • FR 3 056 524 A1 describes a device comprising a distribution ramp which is movable with respect to the vertical optical surface.
  • the projection of a washing liquid is ensured by the movement of the distribution ramp which is kept at a distance from the optical surface.
  • dry air is projected on the droplets of washing liquid remaining in contact with the optical surface. .
  • Such drying leaves a dirty film formed by the dirt contained in the droplets which have been redeposited on the optical surface.
  • the device of FR 3 056 524 A1 has a relatively large size because it requires the implementation of telescopic members to separate the distribution ramp from the optical surface.
  • the projection of the washing liquid is carried out at a high pressure in order to effectively evacuate the dirt.
  • it is not suitable for cleaning large surfaces.
  • Another example of a device for telescopic cleaning of a glazed surface of a sensor is described in FR 3 096 944 Al. There is therefore a need to overcome the aforementioned drawbacks.
  • the invention aims to satisfy this need, at least in part, and proposes a device comprising an optical surface and an apparatus for cleaning the optical surface comprising:
  • a wave transducer coupled acoustically with the optical surface and configured to synthesize an ultrasonic wave propagating in the optical surface
  • a spray unit for delivering a washing liquid onto the optical surface, the device being shaped so that the ultrasonic wave moves the washing liquid onto the optical surface.
  • the device according to the invention allows simple and effective cleaning of the optical surface.
  • the movement of the washing liquid under the action of the ultrasonic wave facilitates the spreading on the optical surface of the layer formed by the liquid. It also makes it possible to effectively evacuate the soiled liquid out of the optical surface.
  • the droplets of soiled washing liquid which are attached to the optical surface under the effect of the action of capillary forces can easily be evacuated. The reformation of a dirty film on the optical surface resulting from the evaporation of the residual washing liquid can thus be avoided.
  • the sprinkler unit is preferably superimposed on the transducer.
  • the transducer is preferably disposed between the sprinkler unit and the optical surface. In this way, at least part of the transducer can be protected against shock.
  • the sprinkling unit can entirely cover one face of the transducer.
  • the spray unit is configured to deliver the washing liquid to an area of the optical surface located on the path of propagation of the ultrasonic wave.
  • the washing liquid can thus be moved under the action of the ultrasonic wave as soon as it comes into contact with the optical surface.
  • the sprinkling unit comprises a washing liquid supply channel superimposed at least in part on the transducer and less than 4 cm, preferably less than 2 cm, preferably less than 1 cm from the transducer.
  • the washing liquid can be heated during its passage through the conduit supply by the heat dissipated by the transducer during the generation of the ultrasonic wave.
  • the device according to the invention can facilitate the thawing of the solidified washing liquid contained in the supply channel.
  • the cleaning efficiency of the optical surface is increased by heating the washing liquid by the heat dissipated by the transducer.
  • the cleaning device comprises a thermal diffusion member, placed between the transducer and the sprinkler unit, made of a material having a thermal conductivity greater than or equal to 50 Wm ⁇ .K 1 , preferably greater than or equal to at 150 Wm ⁇ .K 1 , for example made of a copper alloy, in order to optimize the thermal transfer of the heat produced by the transducer to the supply channel.
  • a thermal diffusion member placed between the transducer and the sprinkler unit, made of a material having a thermal conductivity greater than or equal to 50 Wm ⁇ .K 1 , preferably greater than or equal to at 150 Wm ⁇ .K 1 , for example made of a copper alloy, in order to optimize the thermal transfer of the heat produced by the transducer to the supply channel.
  • the thermal diffusion member may be in contact with the transducer. In a variant, it is remote from the transducer.
  • the thermal diffusion member is made of a metallic material, for example an aluminum alloy.
  • the thermal diffusion member can be in the form of a plate having a thickness of between 0.01 cm and 3 cm and preferably less than 1 cm.
  • the cleaning device can extend right through the optical surface, preferably between two opposite edges of the optical surface. For example, it spans the entire width of the optical surface.
  • the cleaning apparatus can be configured to deliver the washing liquid to different areas of the optical surface and for the ultrasonic wave to move the washing liquid over an area extending across the optical surface.
  • the cleaning apparatus may include a plurality of transducers and the sprinkler unit may include a plurality of supply channels which are each superimposed on a corresponding transducer.
  • the transducers can be arranged at regular distances from each other along an edge of the optical surface and the sprinkling unit can extend in a strip along said edge.
  • the cleaning device can be placed on the periphery of the optical surface.
  • it when the optical surface is inclined, it can be arranged on the upper part of the optical surface and it can be configured so that the ultrasonic wave propagates substantially along the direction of greatest inclination of the optical surface.
  • the washing liquid can be evacuated from the optical surface under the combined action of gravity and the propagation of the surface ultrasonic wave.
  • the sprinkler unit can be configured to deliver wash fluid sequentially. Sequential delivery prevents premature evaporation of washing liquid. The inventors have observed that sequential delivery allows rapid and particularly effective washing of the optical surface.
  • the sprinkler unit can be configured to deliver the washing liquid in sequences of a duration between 20 ms and 5 s, the sequences being spaced apart by a duration of between 50 ms and 60 s.
  • the sprinkler unit can be configured to deliver the washing liquid at a relative pressure of less than 1 bar.
  • relative pressure is meant the difference between the absolute pressure and the atmospheric pressure, the absolute pressure being measured relative to a reference which is zero in a vacuum. This avoids spraying the washing liquid as a result of the entry of the washing liquid in contact with the optical surface. In addition, such a delivery reduces the amount of washing liquid needed to clean the optical surface.
  • the sprinkler unit may include a frame in fluid communication with a spray nozzle.
  • the frame and/or the spray nozzle can define at least one supply channel.
  • the spray nozzle can be mounted movably relative to the frame.
  • the orientation of the spray nozzle can be adapted to deliver the washing liquid to a determined area of the optical surface.
  • the sprinkler unit is rotatably mounted on the frame around at least one axis of rotation.
  • the axis of rotation of the spray nozzle may be contained in a plane parallel to the median plane along which the optical surface extends. As a variant, it can be parallel to this median plane.
  • the nozzle may have a tubular shape extending along the axis of rotation.
  • the spray nozzle may comprise at least one, or even a plurality of dispensing orifices opening onto the optical surface for the delivery of the washing liquid.
  • the optical surface cleaning device may include a motor for rotating the spray nozzle relative to the frame.
  • the motor can drive the nozzle back and forth between two different angular positions.
  • the motor can move the spray nozzle to a specific position where the nozzle is held stationary relative to the frame.
  • the cleaning apparatus may include a pump for transferring washing liquid from a reservoir to the sprinkler unit.
  • the pump can be electrically powered.
  • the flow of washing liquid that it is able to deliver can be proportional to the electrical voltage that supplies it.
  • the watering unit can be attached to the optical surface and/or to the transducer.
  • the sprinkler unit is stationary relative to the optical surface.
  • the watering unit can be removably mounted on the optical surface and/or on the transducer, for example by means of a heat-sensitive adhesive.
  • the wave transducer is acoustically coupled with the optical surface and is configured to synthesize an ultrasonic wave propagating in the optical surface.
  • the ultrasonic wave can be a surface wave or a Lamb wave.
  • it can be a Rayleigh wave when the optical surface has a thickness greater than the wavelength of the ultrasonic surface wave.
  • a Rayleigh wave is preferred because a maximum proportion of the wave energy is concentrated on the face of the optical surface on which it propagates, and can be transmitted to the washing liquid.
  • the transducer preferably has a thickness of between 1 ⁇ m and 500 ⁇ m.
  • Transducer thickness is measured normal to the optical surface.
  • the transducer extends from an edge of the optical surface over a distance of less than 25 mm.
  • the wave transducer may be a contact ultrasonic transducer.
  • an impedance-matched acoustic index transmission gel can be sandwiched between the acoustic transducer and the optical surface.
  • the contact ultrasonic transducer may be disposed at right angles to the optical surface. Such an arrangement of the transducer is preferred when the optical surface has a thickness less than the length of the ultrasonic surface wave and/or when the ultrasonic wave is a Lamb wave.
  • the ultrasonic contact transducer may be arranged so as to form an angle with the normal to the optical surface of less than 90° and the value of which may be determined using the Snell-Descartes law.
  • the transducer comprises two combs of interdigitated electrodes of opposite polarity and a substrate made of a piezoelectric material, in particular chosen from the group formed by lithium niobate, aluminum nitride, lead titanozircanate , and mixtures thereof, the combs being arranged in contact with a substrate.
  • the electrode combs may each have a connector and fingers extending from the connector.
  • the substrate may comprise an inactive portion which is not superimposed on an assembly delimited by the peripheral fingers of the two combs. This inactive portion of the substrate, as well as the connectors, do not participate in the generation of the ultrasonic wave. It can extend on either side of said assembly delimited by the peripheral fingers of the combs.
  • a recess may be provided between the transducer and the heat diffusion member and/or between the transducer and the spraying unit, in particular when the thickness of the transducer is less than the wavelength of the ultrasonic wave generated by the transducer and/or when the device is configured to generate a Lamb wave.
  • the ultrasonic wave is partly or totally absorbed by the thermal diffusion member and/or by the sprinkling unit and weakly transmitted in the optical surface.
  • the recess is superposed on the combs and the thermal diffusion member can be in contact with the inactive portion of the substrate.
  • the recess extends over the entire length of at least one of the facing faces of the transducer and of the thermal diffusion member.
  • the thickness of the recess may be between 1 nm, in particular 10 nm, and 5 mm.
  • the transducer and the thermal diffusion member can be in contact or each be in contact with a binding layer, for example a thermal transfer paste, which is sandwiched between the transducer and the thermal diffusion member.
  • the transducer is preferably in contact with the optical surface.
  • the transducer can be fixed on the optical surface, in particular by means of a polymeric adhesive which also acoustically couples the transducer to the optical surface.
  • the adhesive may be crosslinkable by illumination with ultraviolet radiation. It is for example an epoxy resin.
  • the transducer can be fixed by molecular adhesion, or by means of a thin metal layer providing adhesion between the optical surface and the transducer.
  • the layer can be made of a metal or an alloy with a low melting point, ie having a melting point below 200° C., for example an indium alloy.
  • the metallic layer can be made of a metal or of an alloy having a melting point above 200° C., for example of an aluminum and/or gold alloy.
  • the transducer can be configured to emit a surface ultrasonic wave or a Lamb wave whose fundamental frequency can be between 0.1 MHz and 1000 MHz, preferably between 10 MHz and 100 MHz, for example equal to 40 MHz, and/or the amplitude can be between 1 nanometer and 500 nanometers.
  • the amplitude of the wave corresponds to the normal displacement of the face of the optical surface on which the ultrasonic surface wave propagates. It can be measured by laser interferometry. The amplitude can depend on the frequency of the fundamental wave.
  • the device comprises at least two, for example more than five, or even more than ten transducers.
  • the transducers can be configured to emit surface acoustic waves propagating in parallel or secant directions.
  • the device comprises at least three transducers which are configured so that the directions of propagation of the waves that they are able to generate intersect in a common place.
  • Several transducers make it possible to limit the effects of screening and wave diffusion by each drop of washing liquid.
  • the transducers can be distributed regularly over the contour of the face of the optical surface on which they are arranged.
  • the device according to the invention advantageously makes it possible to clean a large extent of the optical surface.
  • the optical surface extends over an area greater than or equal to 1 cm 2 , or even greater than or equal to 100 cm 2 , or even greater than or equal to 400 cm 2 .
  • the optical surface can be self-supporting, in the sense that it can deform, in particular elastically, without breaking under its own weight.
  • the face of the optical surface on which the ultrasonic surface wave or the Lamb wave propagates can be planar. It can also be curved, provided that the radius of curvature of the face is greater than the wavelength of the ultrasonic surface wave. Said face may be rough. The roughnesses will preferably be lower than the fundamental wavelength of the ultrasonic surface wave, in order to prevent them from significantly affecting their propagation.
  • the optical surface may be in the form of a flat plate, or having at least one curvature in one direction.
  • the optical surface preferably has a thin shape.
  • the ratio of the length of the optical surface to the thickness of the optical surface can be greater than 10, or even greater than 100, or even greater than 1000.
  • the thickness of the optical surface may be between 0.05 mm and 5 mm, in particular between 0.5 mm and 2.5 mm, and/or the length of the optical surface may be greater than 1 cm, or even greater than 10 cm, or even more than 20 cm.
  • thickness of the optical surface we consider the smallest dimension of the optical surface measured in a direction perpendicular to the surface on which the surface ultrasonic wave or the Lamb wave propagates.
  • the optical surface can be laid flat relative to the horizontal. As a variant, it can be inclined with respect to the horizontal by an angle ⁇ greater than 10°, or even greater than 20°, or even greater than 45°, or even greater than 70°. It can be arranged vertically.
  • the optical surface is preferably optically transparent, in particular to light in the visible or to radiation in the ultraviolet or in the infrared.
  • the device is thus particularly suitable for applications in which the improvement of the visual comfort of a user observing his environment through the optical surface is sought.
  • the optical surface may include an acoustically conductive portion made of an acoustically conductive material, preferably glass.
  • the acoustically conductive portion preferably has an attenuation length greater than its length, or even greater than 10 times the length of the optical surface, or even greater than 100 times its length.
  • the acoustically conductive material may have a modulus of elasticity greater than 1 MPa, for example greater than 10 MPa, or even greater than 100 MPa, or even greater than 1000 MPa, or even greater than 10,000 MPa.
  • a material having such a modulus of elasticity has a rigidity particularly suited to the propagation of an ultrasonic surface wave or a Lamb wave.
  • the optical surface may include at least two acoustically conductive portions stacked on top of each other.
  • the optical surface may consist of the acoustically conductive portion.
  • the optical surface may comprise an acoustically insulating portion which forms a stack with the acoustically conducting portion, the acoustically insulating and acoustically conducting portions being in contact.
  • the acoustically conductive and acoustically insulating portions can be plates stacked on top of each other.
  • the acoustically insulating portion is preferably transparent.
  • the acoustically insulating portion can support the acoustically conducting portion. It may have a thickness at least ten times greater than the thickness of the acoustically conductive portion, which preferably is a layer or a multilayer. It may also have a lower surface, the area of which is equal to or at least 10 times greater than the acoustically conductive portion.
  • the thickness of the acoustically conductive portion is greater than the wavelength of the surface ultrasound wave.
  • the acoustically insulating portion may be chosen from thermoplastics, in particular polycarbonate, and the acoustically conductive portion may be an acoustically conductive layer or an acoustically conductive multilayer, which may be placed on the surface of a non-acoustically conductive material, such as illustrated for example in articles Appl. Phys. Lett. 112, 093502 (2016); doi: 10.1063/1.5021663 and Sci Rep 3, 2140 (2013), doi:10.1038/srep02140, incorporated by reference.
  • a material for forming such a layer or such a multilayer is for example chosen from materials for forming an anti-UV layer and/or an anti-scratch layer of a polycarbonate windshield. It can be a material of the “glass like” type, that is to say having the optical and mechanical properties of a glass.
  • the acoustically insulating portion may have an attenuation length of the ultrasonic wave at least ten times less than its length.
  • the area of the acoustically insulating portion may be greater than the area of the acoustically conducting portion.
  • the acoustically insulating portion can be a glazed element of a motor vehicle, for example a windshield, for example made of polycarbonate, also known by the acronym "PC" or a motorcycle helmet visor, and the portion acoustically conductive can be fixed, for example in a removable manner, on the acoustically insulating portion.
  • a motor vehicle for example a windshield
  • polycarbonate also known by the acronym "PC" or a motorcycle helmet visor
  • the portion acoustically conductive can be fixed, for example in a removable manner, on the acoustically insulating portion.
  • the optical surface may comprise a monolayer or multilayer coating which covers one face of the acoustically conductive portion.
  • the coating may in particular comprise a hydrophobic layer, an antireflection layer or a stack of these layers.
  • the hydrophobic layer is made up of self-assembled monolayers of OTS or can result from the deposition of a fluorine-based plasma.
  • the coating may include one or more anti-reflective layers depending on the intended application (Visible, IR, etc.).
  • the optical surface is made of a material other than a piezoelectric material.
  • the optical surface is chosen from the group formed by:
  • an automobile surface for example a glazing element of a motor vehicle chosen from among a vehicle windshield, a rear window, a glazing of a rear-view mirror, or
  • a sensor chosen in particular from an optical sensor, a thermal sensor, an acoustic sensor or a pressure or speed sensor, in particular a probe, for example a Pitot probe,
  • - a protection element for such a sensor and - A surface of an optical device, the optical device being for example chosen from a lens of a camera, a glass of a sight glass.
  • the device may comprise an electric current generator electrically connected to the transducer, such that the transducer converts the electric power signal into the ultrasonic wave.
  • the invention also relates to an apparatus comprising a device according to the invention and a sensor configured to receive and/or emit radiation through the optical surface.
  • the device is for example a motor vehicle, in particular autonomous.
  • the invention further relates to a method for cleaning an optical surface, the method comprising a) the provision of a device according to the invention, b) the spraying, by means of the spraying unit, of the optical surface with a washing liquid, c) the synthesis of an ultrasonic wave propagating in the optical surface and which is suitable for displacing the washing liquid as far as a body placed on one face of the support.
  • power to the transducer is maintained at least until the body is moved over the optical surface with the wash liquid.
  • power to the transducer is maintained at least until the body is moved off the optical surface with the wash liquid.
  • the body can be solid, for example is a dust, a greasy film, or a particle of dried mud. It can be liquid, for example in the form of a drop or a layer. Further, when a liquid is deposited on the optical surface other than by the sprinkler unit, such as when the liquid is precipitation, the transducer can generate a wave to move the liquid over the surface without the unit sprinkler does not deliver washing liquid.
  • the sprinkler unit is positioned such that the wash liquid contacts the optical surface near the transducer.
  • the distance between the zone where the washing liquid comes into contact with the optical surface and the transducer is preferably less than 1 mm and/or the relative pressure of the washing liquid at the outlet of the spraying unit is preferably lower at 1 bar.
  • the method has good energy efficiency, since it does not require long-distance and/or high-pressure projection of the washing liquid onto the optical surface.
  • At least part of the electrical energy supplying the electrical transducer is converted in the form of heat by the transducer, the heat being sufficient to thaw the washing liquid contained before step b) in the unit of spraying and/or to heat the washing liquid by more than 10°C, or even more than 20°C, between the inlet and the outlet of the spray unit.
  • the heating rate of the washing liquid by heating the transducer can be greater than 2° C./s, or even greater than 5° C./s.
  • wash liquid can be delivered to the optical surface in sequences of between 20 ms and 5 s in duration, the sequences being spaced by a duration of between 50 ms and 60 s.
  • the washing liquid can be aqueous-based, and include washing agents.
  • the washing liquid may also include agents that enhance the hydrophobicity of the optical surface.
  • FIG. the represent schematically, and in cross section, a first example of a device according to the invention
  • FIG. ld is a variant of the first example of device according to the invention.
  • FIG lf are sections along the plane (BB) in top view and along the plane (AA) in side view respectively of another variant of the first example of device according to the invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a second example of a device according to the invention.
  • FIG. 3 is another view, at higher magnification and in perspective, of the second example.
  • FIG. 4 is a schematic representation in section according to a view perpendicular to the optical surface of the second example illustrated in Figures 2 and 3.
  • the constituent elements of the drawing have not always been shown to scale for the sake of clarity.
  • the device 5 comprises an optical surface 10, in the form of a plate, and a cleaning device 15.
  • the cleaning device 15 comprises a spraying unit 20 and a wave transducer 25 in contact with the optical surface 10.
  • the transducer 25 is covered on each of its opposite faces 30a, b by the spraying unit 20 and by the optical surface 10 which protect it by sandwiching it.
  • the cleaning device 15 can be placed on the periphery of the optical surface
  • Transducer 25 can be electrically connected to a current generator, not shown. When electrically powered, the transducer generates an ultrasonic wave W which propagates in the optical surface 10.
  • the ultrasonic wave can be a Lamb wave or a surface ultrasonic wave which, preferably, propagates on the face 35 of the optical surface in contact with the transducer.
  • a supply channel 40 is formed in the spraying unit 20, in order to lead, as indicated by the arrow C, a washing liquid L from a reservoir to a dispensing orifice 45 which opens onto the surface. optical.
  • the device may include a pump 50 in order to drive the washing liquid L up to the dispensing orifice 45.
  • the supply channel 40 can be superimposed on the transducer 25 and be at a distance of less than 30 mm.
  • the washing liquid L contained in the supply channel 40 can be heated by the heat dissipated by the Joule effect by the transducer.
  • the spraying unit it is preferable for the spraying unit to be in contact with the transducer or with a thermal diffusion member 55 which is in contact with the transducer 25.
  • the device of the example illustrated comprises such a heat diffusion member 55, for example made of aluminum, which covers the transducer, in order to effectively diffuse the heat produced by the transducer towards the supply channel.
  • a predetermined volume of a washing liquid is led, for example by driving by means of the pump 50, towards the dispensing orifice 45 through which it flows. It reaches the face 35 of the optical surface on which the cleaning device is fixed.
  • the transducer generates an ultrasonic surface wave which propagates in the optical surface of the transducer towards an opposite edge 60 of the optical surface, along a propagation path which crosses the zone Z of the optical surface covered by the washing liquid .
  • the washing liquid is then moved away from the transducer, as indicated by the arrow D, under the action of the ultrasonic wave on the optical surface.
  • the washing liquid can thus encounter a body 65, such as dust or a greasy particle, which adheres to the optical surface.
  • the body can then be put into solution in the washing liquid, as illustrated in FIG. 1c, and be driven out of the optical surface by the edge 60.
  • the entire volume of washing deposited by the sprinkling unit on the optical surface can be evacuated therefrom under the effect of the propagation of the ultrasonic wave W. This prevents the formation of a residual film originating of the evaporation of the washing liquid not evacuated from the optical surface.
  • optical surface of the device illustrated in Figures la to le is shown horizontally, but it can of course be oblique or vertical without the operating efficiency of the device being affected.
  • a recess 61 between the transducer 25 and the thermal diffusion member 55 can be provided in order to separate the transducer from the thermal diffusion member.
  • This embodiment is preferred when the thickness of the transducer is less than the wavelength of the ultrasonic wave generated by the transducer, for example when the thickness of the transducer is less than 50 ⁇ m.
  • the thermal diffusion member of the transducer can be fixed, for example glued to an acoustically insulating element 62, for example made of a thermoplastic, fixed to the optical surface 10, of greater thickness than the transducer.
  • FIGS. 1e and 1f illustrate another example of a device according to the invention, which differs in particular from that illustrated in FIG. 1d in that the transducer comprises a piezoelectric substrate 71 and two electrodes of opposite polarity in contact with the substrate.
  • the electrodes each have the shape of a comb 72 comprising a connector 73 and fingers 74 which extend perpendicularly from the connector.
  • the fingers of the combs are interconnected.
  • the piezoelectric substrate is extended outside the assembly delimited by the peripheral fingers of the combs, and thus defines an inactive portion Pi of the transducer, in which no wave is directly generated by the electric supply of the electrodes.
  • the thermal diffusion member is fixed to the inactive portion Pi of the piezoelectric substrate and a recess is formed between the transducer and the sprinkling unit, by means of the thermal diffusion whose thickness is sufficient to space the combs of the sprinkler unit.
  • the heat produced by heating the transducer can be transferred efficiently by conduction through the thermal diffusion member to the washing liquid circulating in the sprinkler unit.
  • the thermal diffusion member is separated from the combs by a distance greater than the wavelength of the ultrasonic wave.
  • Figures 2 to 4 illustrate a second example of implementation of the device according to the invention.
  • the device 15 differs in particular from that illustrated in FIG. 1a in that the optical surface 10 comprises two portions 70, 75 stacked one on the other and having faces in contact of complementary shape.
  • the first portion 70 is acoustically conductive and is intended to propagate an ultrasonic wave W. This first portion 70 is attached to a second portion 75 of larger area, which is for example a windshield of a motor vehicle.
  • the second portion 75 can be acoustically insulating because it is not intended to propagate the ultrasonic wave generated by the transducer.
  • the first portion 70 can be removably attached to the second portion 75, for example by means of a layer of heat-sensitive adhesive.
  • the replacement of the damaged portion is easy.
  • the device illustrated in FIGS. 2 to 4 also differs from that illustrated in FIGS. 1a to 1c in that the spraying unit comprises a frame 80 and a spray nozzle 85 housed in the frame.
  • the frame 80 includes a branch 90 which extends, like the spray nozzle, over the entire width 1 of the first portion 70.
  • the branch includes a rectilinear groove 95 of axis X and whose transverse section has a in an arc.
  • the frame may further comprise a foot 97, in contact with the second portion 75, which extends from the branch perpendicular to the latter.
  • the device comprises one or more transducers 25 to generate ultrasonic waves which are in contact with the first acoustically acoustic portion 70 and completely covered by the branch 90.
  • the spray nozzle 85 is housed in the groove 95. It is rotatable around the X axis in the groove relative to the frame. It can be held by the frame so as to be fixed in translation along the X axis relative to the frame.
  • the spray nozzle 85 can be a cylindrical tube of revolution of axis X comprising a wall 100 whose radially outer face is of complementary shape to the groove.
  • the tube can be closed at its opposite ends 105, 110 along the X axis.
  • the frame 80 and the spray nozzle 85 are in fluid communication to conduct the washing liquid L from a reservoir to the optical surface 10.
  • the frame may include a recess 115 formed in the foot 97 which opens into the groove 95 by one of its ends and by another of its ends in a hole 120 passing through the second portion in its thickness.
  • the washing liquid can be introduced into the frame via the hole 120.
  • the spray nozzle 85 may comprise a hollow interior space 125, an opening 130 made in the wall which opens into the recess 115 and one or more dispensing orifices 45 made in the wall and which open onto the optical surface 10.
  • interior space 125 is preferably superimposed on the transducers 25, shown in dotted lines.
  • the recess 115 and the interior space 125 placed in fluid communication through the opening 130 thus define a washing liquid supply channel.
  • the washing liquid L flows from the hole 120 into the supply channel where it is warmed by the heat emitted by the transducers 25. It is then distributed on the optical surface through the distribution orifices 45. The washing liquid is then moved by the ultrasonic wave generated by the transducer on the optical surface in order to clean the latter, as has been illustrated previously in FIGS.
  • G sprinkling unit can comprise a motor for placing the spray nozzle 85 according to a specific angular position around the axis X.
  • the frame may include one or more conduits 140 in which electrical cables may be housed, in order to electrically connect the transducer(s) and/or the motor with an electrical generator.
  • the device illustrated in the second example makes it possible to effectively clean the face 145 of the first portion, for example in order to allow a device 150, as illustrated in FIG. 2, to emit and/or receive radiation at through this first portion.

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Abstract

Dispositif (5) comportant une surface optique (10) et un appareil de nettoyage (15) de la surface optique comportant: - un transducteur d'ondes (25) couplé acoustiquement avec la surface optique et configuré pour synthétiser une onde ultrasonore (W) se propageant dans la surface optique, et - une unité d'arrosage (20) pour délivrer un liquide de lavage (L) sur la surface optique, le dispositif étant conformé pour que l'onde ultrasonore déplace le liquide de lavage sur la surface optique.

Description

Description
Titre : Dispositif de nettoyage d’une surface optique
La présente invention concerne un dispositif pour nettoyer une surface optique.
Dans des domaines variés, il est nécessaire de s’affranchir des effets liés à l’accumulation de salissures sur une surface optique.
Des salissures, par exemple des poussières, des particules de boue séchée ou des films gras, entravent la bonne vision d’un observateur regardant son environnement à travers la surface optique ou la détection par un système configuré pour émettre ou recevoir un rayonnement à travers la surface optique.
Pour nettoyer des salissures accumulées sur un pare-brise, il est connu de longue date de projeter un liquide de lavage sur le pare-brise, puis d’étendre la nappe formée par le liquide de lavage ainsi projeté sur le pare-brise au moyen du mouvement de va-et-vient d’un ou plusieurs balais d’essuie-glace. Le frottement des balais d’essuie-glace au contact du pare-brise permet d’évacuer les salissures dispersées dans le liquide de lavage hors de la surface optique. Il a cependant pour inconvénient d’étaler les salissures sur la surface optique avant qu’elles ne soient dispersées dans le liquide de lavage. En outre, il est généralement nécessaire d’apporter de grandes quantités de liquide de lavage pour évacuer les salissures.
Pour nettoyer les salissures qui recouvrent la surface optique qui protège un capteur optique destiné par exemple à un véhicule autonome, FR 3 056 524 Al décrit un dispositif comportant une rampe de distribution mobile par rapport à la surface optique verticale. La projection d’un liquide de lavage est assurée par le déplacement de la rampe de distribution qui est maintenue à distance de la surface optique. Après la projection d’une quantité prédéterminée de liquide de lavage et son évacuation sous l’effet de la gravité une fois souillé par les salissures, de l’air sec est projeté sur les gouttelettes de liquide de lavage restant au contact de la surface optique. Un tel séchage laisse cependant perdurer un film sale formé par les salissures contenues dans les gouttelettes qui se sont redéposés sur la surface optique. Par ailleurs, le dispositif de FR 3 056 524 Al présente un encombrement relativement élevé car il nécessite la mise en œuvre d’organes télescopiques pour écarter la rampe de distribution de la surface optique. En outre, la projection du liquide de lavage est effectuée à une pression élevée afin d’évacuer efficacement les salissures. Enfin, il n’est pas adapté au nettoyage de surfaces étendues. Un autre exemple de dispositif de nettoyage télescopique d’une surface vitrée d’un capteur est décrit dans FR 3 096 944 Al. Il existe donc un besoin pour s’affranchir des inconvénients précités.
L’invention vise à satisfaire ce besoin, au moins en partie, et propose un dispositif comportant une surface optique et un appareil de nettoyage de la surface optique comportant :
- un transducteur d’ondes couplé acoustiquement avec la surface optique et configuré pour synthétiser une onde ultrasonore se propageant dans la surface optique, et
- une unité d’arrosage pour délivrer un liquide de lavage sur la surface optique, le dispositif étant conformé pour que l’onde ultrasonore déplace le liquide de lavage sur la surface optique.
Le dispositif selon l’invention permet un nettoyage simple et efficace de la surface optique. Notamment, la mise en mouvement du liquide de lavage sous l’action de l’onde ultrasonore facilite l’étalement sur la surface optique, de la nappe formée par le liquide. Elle permet en outre d’évacuer efficacement le liquide souillé hors de la surface optique. Les gouttelettes de liquide de lavage souillé qui sont accrochées à la surface optique sous l’effet de l’action des forces capillaires peuvent aisément être évacuées. La reformation d’un film sale sur la surface optique résultant de l’évaporation du liquide de lavage résiduel peut ainsi être évitée.
Unité d’arrosage
L’unité d’arrosage est de préférence superposée au transducteur.
Le transducteur est de préférence disposé entre l’unité d’arrosage et la surface optique. De cette façon, au moins une partie du transducteur peut être protégée contre un choc. En particulier, l’unité d’arrosage peut recouvrir intégralement une face du transducteur.
De préférence, l’unité d’arrosage est configurée pour délivrer le liquide de lavage sur une zone de la surface optique située sur le chemin de propagation de l’onde ultrasonore. Le liquide de lavage peut ainsi être déplacé sous l’action de l’onde ultrasonore dès son entrée en contact avec la surface optique.
De préférence, l’unité d’arrosage comporte un canal d’ alimentation en liquide de lavage superposé au moins en partie au transducteur et distant de moins de 4 cm, de préférence de moins 2 cm, de préférence de moins de 1 cm du transducteur. Avantageusement, le liquide de lavage peut être réchauffé lors de son passage dans le conduit d’alimentation par la chaleur dissipée par le transducteur lors de la génération de l’onde ultrasonore. Par exemple, en conditions hivernales, le dispositif selon l’invention peut faciliter le dégel du liquide de lavage solidifié contenu dans le canal d’alimentation. En conditions estivales, l’efficacité du nettoyage de la surface optique est augmentée par le chauffage du liquide de lavage par la chaleur dissipée par le transducteur.
De préférence, l’appareil de nettoyage comporte un organe de diffusion thermique, disposé entre le transducteur et l’unité d’arrosage, en un matériau présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 50 W.m^.K 1, de préférence supérieure ou égale à 150 W.m^.K 1, par exemple en un alliage de cuivre, afin d’optimiser le transfert thermique de la chaleur produite par le transducteur vers le canal d’alimentation.
L’organe de diffusion thermique peut être au contact du transducteur. Dans une variante, il est distant du transducteur.
L’organe de diffusion thermique est en un matériau métallique, par exemple en un alliage d’aluminium.
L’organe de diffusion thermique peut se présenter sous la forme d’une plaque présentant une épaisseur comprise entre 0,01 cm et 3 cm et de préférence inférieure à 1 cm.
L’appareil de nettoyage peut s’étendre de part en part de la surface optique, de préférence entre deux bords opposés de la surface optique. Par exemple, il s’étend sur toute la largeur de la surface optique.
L’appareil de nettoyage peut être configuré pour délivrer le liquide de lavage en différentes zones de la surface optique et pour que l’onde ultrasonore déplace le liquide de lavage sur une zone s’étendant de part en part de la surface optique.
L’appareil de nettoyage peut comporter une pluralité de transducteurs et l’unité d’arrosage peut comporter une pluralité de canaux d’alimentation qui sont chacun superposés à un transducteur correspondant.
Par exemple, les transducteurs peuvent être disposés à distance régulière les uns des autres le long d’un bord de la surface optique et l’unité d’arrosage peut s’étendre en bande le long dudit bord.
L’appareil de nettoyage peut être disposé en périphérie de la surface optique. En particulier, lorsque la surface optique est inclinée, il peut être disposé sur la partie supérieure de la surface optique et il peut être configuré pour que l’onde ultrasonore se propage sensiblement selon la direction de plus grande inclinaison de la surface optique. De cette façon, le liquide de lavage peut être évacué de la surface optique sous l’action combinée de la gravité et de la propagation de l’onde ultrasonore de surface.
Par ailleurs, l’unité d’arrosage peut être configurée pour délivrer le liquide de lavage de manière séquentielle. Une livraison séquentielle permet d’éviter une évaporation précoce du liquide de lavage. Les inventeurs ont observé qu’une livraison séquentielle permet un lavage rapide et particulièrement efficace de la surface optique.
En particulier, l’unité d’arrosage peut être configurée pour délivrer le liquide de lavage en séquences d’une durée comprise entre 20 ms et 5 s, les séquences étant espacées d’une durée comprise entre 50 ms et 60 s.
Par ailleurs, l’unité d’arrosage peut être configurée pour délivrer le liquide de lavage à une pression relative inférieure à 1 bar. Par « pression relative », on entend la différence entre la pression absolue et la pression atmosphérique, la pression absolue étant mesurée par rapport à une référence qui est nulle dans le vide. On évite ainsi de pulvériser le liquide de lavage par suite de l’entrée du liquide de lavage en contact avec la surface optique. En outre, une telle livraison permet de réduire la quantité de liquide de lavage nécessaire pour nettoyer la surface optique.
L’unité d’arrosage peut comporter un bâti en communication de fluide avec une buse d’aspersion. Le bâti et/ou la buse d’aspersion peuvent définir au moins un canal d’alimentation. La buse d’aspersion peut être montée mobile par rapport au bâti. Avantageusement, l’orientation de la buse d’aspersion peut être adaptée pour délivrer le liquide de lavage sur une zone déterminée de la surface optique.
De préférence, l’unité d’arrosage est montée rotative sur le bâti autour d’au moins un axe de rotation. L’axe de rotation de la buse d’aspersion peut être contenu dans un plan parallèle au plan médian selon lequel la surface optique s’étend. En variante, il peut être parallèle à ce plan médian. La buse peut présenter une forme tubulaire s’étendant le long de l’axe de rotation.
La buse d’aspersion peut comporter au moins un, voire une pluralité d’orifices de distribution débouchant sur la surface optique pour la livraison du liquide de lavage.
L’appareil de nettoyage de la surface optique peut comporter un moteur pour entraîner en rotation la buse d’aspersion par rapport au bâti. Le moteur peut entraîner la buse selon un mouvement de va et vient entre deux positions angulaires différentes. En variante, le moteur peut déplacer la buse d’aspersion jusqu’à une position spécifique dans laquelle la buse est maintenue immobile par rapport au bâti. Ainsi, il est possible de choisir la zone de la surface optique sur laquelle il est souhaité que le liquide de lavage soit délivré.
Par ailleurs, l’appareil de nettoyage peut comporter une pompe pour transférer le liquide de lavage d’un réservoir vers l’unité d’arrosage. La pompe peut être alimentée électriquement. Le débit de liquide de lavage qu’elle est apte à délivrer peut être proportionnel à la tension électrique qui l’alimente.
L’unité d’arrosage peut être fixée sur la surface optique et/ou sur le transducteur.
De préférence, l’unité d’arrosage est immobile par rapport à la surface optique.
L’unité d’arrosage peut être montée amovible sur la surface optique et/ou sur le transducteur, par exemple au moyen d’un adhésif thermosensible.
Transducteur d’ondes
Le transducteur d’ondes est couplé acoustiquement avec la surface optique et est configuré pour synthétiser une onde ultrasonore se propageant dans la surface optique.
L’onde ultrasonore peut être une onde de surface ou une onde de Lamb. En particulier, elle peut être une onde de Rayleigh lorsque la surface optique présente une épaisseur supérieure à la longueur d’onde de Tonde de surface ultrasonore. Une onde de Rayleigh est privilégiée car une proportion maximale de l’énergie de Tonde est concentrée sur la face de la surface optique sur laquelle elle se propage, et peut être transmise au liquide de lavage.
Le transducteur présente de préférence une épaisseur comprise entre 1 pm et 500 pm.
L’épaisseur du transducteur est mesurée normalement à la surface optique.
De préférence, le transducteur s’étend à partir d’un bord de la surface optique sur une distance inférieure à 25 mm.
Le transducteur d’onde peut être un transducteur ultrasonique de contact. Pour optimiser la propagation de Tonde du transducteur vers la surface optique, un gel de transmission d’indice acoustique adapté en impédance peut être disposé en sandwich entre le transducteur acoustique et la surface optique. Le transducteur ultrasonique de contact peut être disposé à angle droit sur la surface optique. Une telle disposition du transducteur est préférée lorsque la surface optique présente une épaisseur inférieure à la longueur de Tonde de surface ultrasonore et/ou lorsque Tonde ultrasonore est une onde de Lamb. En variante, le transducteur ultrasonique de contact peut être disposé de sorte à former un angle avec la normale à la surface optique inférieur à 90° et dont la valeur peut être déterminée en utilisant la loi de Snell-Descartes.
Selon une variante préférée, le transducteur comporte deux peignes d’électrodes interdigités de polarité opposée et un substrat en un matériau piézoélectrique, en particulier choisi dans le groupe formé par le niobate de lithium, le nitrure d’aluminium, le titano- zircanate de plomb, et leurs mélanges, les peignes étant disposés au contact d’un substrat.
Les peignes d’électrodes peuvent comporter chacun un connecteur et des doigts qui s’étendent à partir du connecteur. Le substrat peut comporter une portion inactive qui est non superposée à un ensemble délimité par les doigts périphériques des deux peignes. Cette portion inactive du substrat, ainsi que les connecteurs, ne participe pas à la génération de l’onde ultrasonore. Elle peut s’étendre de part et d’autre dudit ensemble délimité par les doigts périphériques des peignes.
Un évidement peut être ménagé entre le transducteur et l’organe de diffusion thermique et/ou entre le transducteur et l’unité d’arrosage, notamment lorsque l’épaisseur du transducteur est inférieure à la longueur d’onde de l’onde ultrasonore générée par le transducteur et/ou lorsque le dispositif est configuré pour générer une onde de Lamb. Ainsi, on évite que l’onde ultrasonore soit en partie ou totalement absorbée par l’organe de diffusion thermique et/ou par l’unité d’arrosage et faiblement transmise dans la surface optique. De préférence, l’évidement est superposé aux peignes et l’organe de diffusion thermique peut être au contact de la portion inactive du substrat.
De préférence, l’évidement s’étend sur toute la longueur d’au moins une des faces en regard du transducteur et de l’organe de diffusion thermique. L’épaisseur de l’évidement peut être comprise entre 1 nm, notamment 10 nm, et 5 mm.
En variante, notamment lorsque l’épaisseur du transducteur est supérieure à la longueur d’onde de l’onde ultrasonore générée par le transducteur et/ou l’onde ultrasonore est une onde de Rayleigh, le transducteur et l’organe de diffusion thermique peuvent être en contact ou être chacun en contact avec une couche de liaison, par exemple une pâte de transfert thermique, qui est prise en sandwich entre le transducteur et l’organe de diffusion thermique.
Le transducteur est de préférence au contact de la surface optique. Le transducteur peut être fixé sur la surface optique, notamment au moyen d’un adhésif polymérique qui en outre couple acoustiquement le transducteur à la surface optique. L’adhésif peut être réticulable par illumination au moyen d’un rayonnement ultraviolet. Il est par exemple une résine époxy. Le transducteur peut être fixé par adhérence moléculaire, ou au moyen d’une couche fine métallique assurant l’adhérence entre la surface optique et le transducteur. La couche peut être en un métal ou en alliage à basse température de fusion, i.e. présentant une température de fusion inférieure à 200 °C, par exemple en un alliage d’indium. En variante, la couche métallique peut être en un métal ou en un alliage présentant une température de fusion supérieure à 200 °C, par exemple en un alliage d’aluminium et/ou d’or.
Le transducteur peut être configuré pour émettre une onde ultrasonore de surface ou une onde de Lamb dont la fréquence fondamentale peut être comprise entre 0,1 MHz et 1000 MHz, de préférence comprise entre 10 MHz et 100 MHz, par exemple égale à 40 MHz, et/ou l’amplitude peut être comprise entre 1 nanomètre et 500 nanomètres. L’amplitude de l’onde correspond au déplacement normal de la face de la surface optique sur laquelle se propage l’onde de surface ultrasonore. Elle peut être mesurée par interférométrie laser. L’amplitude peut dépendre de la fréquence de l’onde fondamentale.
De préférence, le dispositif comporte au moins deux, par exemple plus de cinq, voire plus de dix transducteurs.
Les transducteurs peuvent être configurés pour émettre des ondes acoustiques de surface se propageant selon des directions parallèles ou sécantes. Par exemple, le dispositif comporte au moins trois transducteurs qui sont configurés pour que les directions de propagation des ondes qu’ils sont aptes à générer s’intersectent en un lieu commun. Plusieurs transducteurs permettent de limiter les effets d’écrantage et de diffusion d’onde par chaque goutte de liquide de lavage.
Les transducteurs peuvent être répartis régulièrement sur le contour de la face de la surface optique sur laquelle ils sont disposés.
Surface optique
Le dispositif selon l’invention permet avantageusement de nettoyer une étendue importante de la surface optique. De préférence, la surface optique s’étend sur une aire supérieure ou égale à 1 cm2, voire supérieure ou égale à 100 cm2, voire supérieure ou égale à 400 cm2.
La surface optique peut être autoporteuse, au sens où elle peut se déformer, notamment élastiquement, sans rompre sous son propre poids.
La face de la surface optique sur laquelle l’onde de surface ultrasonore ou l’onde de Lamb se propage peut être plane. Elle peut aussi être courbe, sous réserve que le rayon de courbure de la face soit supérieur à la longueur d’onde de l’onde de surface ultrasonore. Ladite face peut être rugueuse. Les rugosités seront de préférence inférieures à la longueur d’onde fondamentale de l’onde de surface ultrasonore, afin d’éviter qu’elles n’affectent significativement leur propagation.
La surface optique peut se présenter sous la forme d’une plaque plane, ou présentant au moins une courbure selon une direction.
La surface optique présente de préférence une forme mince. Le rapport entre la longueur de la surface optique sur l’épaisseur de la surface optique peut être supérieur à 10, voire supérieur à 100, voire supérieur à 1000.
L’épaisseur de la surface optique peut être comprise entre 0,05 mm et 5 mm, notamment entre 0,5 mm et 2,5 mm, et/ou la longueur de la surface optique peut être supérieure à 1 cm, voire supérieure à 10 cm, voire même supérieure à 20 cm.
Par « épaisseur de la surface optique », on considère la plus petite dimension de la surface optique mesurée selon une direction perpendiculaire à la surface sur laquelle se propage l’onde ultrasonore de surface ou l’onde de Lamb.
La surface optique peut être disposée à plat par rapport à l’horizontale. En variante, elle peut être inclinée par rapport à l’horizontale d’un angle a supérieur à 10°, voire supérieur à 20°, voire supérieur à 45°, voire supérieure à 70°. Elle peut être disposée verticalement.
La surface optique est de préférence optiquement transparente, notamment à la lumière dans le visible ou à un rayonnement dans l’ultraviolet ou dans l’infrarouge. Le dispositif est ainsi particulièrement adapté aux applications dans lesquelles l’amélioration du confort visuel d’un utilisateur observant son environnement à travers la surface optique est recherchée.
La surface optique peut comporter une portion acoustiquement conductrice faite d’un matériau acoustiquement conducteur, de préférence un verre. La portion acoustiquement conductrice présente de préférence une longueur d’atténuation supérieure à sa longueur, voire supérieure à 10 fois la longueur de la surface optique, voire même supérieure à 100 fois sa longueur.
Le matériau acoustiquement conducteur peut présenter un module d’élasticité supérieur à 1 MPa, par exemple supérieur à 10 MPa, voire supérieur à 100 MPa, voire même supérieur à 1000 MPa, voire encore supérieur à 10000 MPa. Un matériau présentant un tel module d’élasticité présente une rigidité particulièrement adaptée à la propagation d’une onde de surface ultrasonore ou d’une onde de Lamb.
La surface optique peut comporter au moins deux portions acoustiquement conductrices empilées l’une sur l’autre.
La surface optique peut consister en la portion acoustiquement conductrice.
En variante, la surface optique peut comporter une portion acoustiquement isolante qui forme un empilement avec la portion acoustiquement conductrice, les portions acoustiquement isolante et acoustiquement conductrices étant en contact.
En particulier, les portions acoustiquement conductrice et acoustiquement isolante peuvent être des plaques empilées l’une sur l’autre. La portion acoustiquement isolante est de préférence transparente.
La portion acoustiquement isolante peut supporter la portion acoustiquement conductrice. Elle peut présenter une épaisseur au moins dix fois supérieure à l’épaisseur de la portion acoustiquement conductrice, qui de préférence est une couche ou un multicouche. Elle peut également présenter une surface inférieure, dont l’aire est égale ou au moins 10 fois supérieure à la portion acoustiquement conductrice.
De préférence, afin d’éviter que l’onde ultrasonore n’interagisse avec la portion acoustiquement isolante, l’épaisseur de la portion acoustiquement conductrice est supérieure à la longueur d’onde de l’onde ultrasonore de surface.
En particulier, la portion acoustiquement isolante peut être choisie parmi les thermoplastiques, notamment le polycarbonate et la portion acoustiquement conductrice peut-être une couche acoustiquement conductrice ou un multicouche acoustiquement conducteur, qui peut être disposé en surface d’un matériau non acoustiquement conducteur, comme illustré par exemple dans les articles Appl. Phys. Lett. 112, 093502 (2018); doi: 10.1063/1.5021663 et Sci Rep 3, 2140 (2013), doi:10.1038/srep02140, incorporés par référence.. Un matériau pour former une telle couche ou un tel multicouche est par exemple choisi parmi les matériaux pour former une couche anti-UV et/ou une couche anti-rayure d’un pare-brise en polycarbonate. Il peut être un matériau du type « glass like », c’est-à-dire présentant des propriétés optiques et mécaniques d’un verre.
La portion acoustiquement isolante peut présenter une longueur d’atténuation de l’onde ultrasonore au moins dix fois inférieure à sa longueur.
L’aire de la portion acoustiquement isolante peut être supérieure à l’aire de la portion acoustiquement conductrice.
Par exemple, la portion acoustiquement isolante peut être un élément vitré d’un véhicule automobile, par exemple un pare-brise, par exemple en polycarbonate, aussi connu sous l’acronyme « PC » ou une visière de casque à moto, et la portion acoustiquement conductrice peut être fixée, par exemple de manière amovible, sur la portion acoustiquement isolante.
Par ailleurs, la surface optique peut comporter un revêtement monocouche ou multicouche qui recouvre une face de la portion acoustiquement conductrice.
Le revêtement peut notamment comporter une couche hydrophobe, une couche antireflet ou un empilement de ces couches. Par exemple la couche hydrophobe est constituée de monocouches auto-assemblées d’OTS ou peut résulter d’un dépôt d’un plasma à base de fluor. Le revêtement peut comporter une ou plusieurs couches antireflets en fonction de l’application visée (Visible, IR, ...).
De préférence, la surface optique est en matériau différent d’un matériau piézoélectrique.
De préférence, la surface optique est choisie dans le groupe formé par :
- une surface automobile, par exemple un élément de vitrage d’un véhicule automobile choisi parmi un pare-brise d’un véhicule, une lunette arrière, un vitrage d’un rétroviseur, ou
- une visière d’un casque,
- une vitre d’un bâtiment,
- un capteur notamment choisi parmi un capteur optique, un capteur thermique, un capteur acoustique ou un capteur de pression ou de vitesse, notamment une sonde, par exemple une sonde de Pitot,
- un élément de protection d’un tel capteur, et - une surface d’un dispositif optique, le dispositif optique étant par exemple choisi parmi un objectif d’une caméra, un verre d’une lunette de vue.
Par ailleurs, le dispositif peut comporter un générateur de courant électrique relié électriquement au transducteur, de telle sorte que le transducteur convertisse le signal d’alimentation électrique en l’onde ultrasonore.
L’invention concerne encore un appareil comportant dispositif selon l’invention et un capteur configuré pour recevoir et/ou émettre un rayonnement à travers la surface optique. L’appareil est par exemple un véhicule automobile, notamment autonome.
L’invention concerne par ailleurs un procédé de nettoyage d’une surface optique, le procédé comportant a) la fourniture d’un dispositif selon l’invention, b) l’arrosage, au moyen de l’unité d’arrosage, de la surface optique avec un liquide de lavage, c) la synthèse d’une onde ultrasonore se propageant dans la surface optique et qui est adaptée à déplacer le liquide de lavage jusqu’à un corps disposé sur une face du support.
De préférence, l’alimentation électrique du transducteur est maintenue au moins jusqu’à ce que le corps soit déplacé sur la surface optique avec le liquide de lavage.
De préférence, l’alimentation électrique du transducteur est maintenue au moins jusqu’à ce que le corps soit déplacé hors de la surface optique avec le liquide de lavage.
Le corps peut être solide, par exemple est une poussière, un film gras, ou une particule de boue séchée. Il peut être liquide, par exemple se présenter sous la forme d’une goutte ou d’une nappe. Par ailleurs, lorsqu’un liquide est déposé sur la surface optique autrement que par l’unité d’arrosage, par exemple lorsque le liquide est une précipitation, le transducteur peut générer une onde pour déplacer le liquide sur la surface sans que l’unité d’arrosage ne délivre de liquide de lavage.
L’unité d’arrosage est positionnée de telle sorte que le liquide de lavage entre en contact avec la surface optique près du transducteur. La distance entre la zone où le liquide de lavage entre en contact avec la surface optique et le transducteur est de préférence inférieure à 1 mm et/ou la pression relative du liquide de lavage en sortie de l’unité d’arrosage est de préférence inférieure à 1 bar. Ainsi, le procédé présente un bon rendement énergétique, car il ne requiert pas une projection à longue distance et/ou à haute pression du liquide de lavage sur la surface optique. De préférence, au moins une partie de l’énergie électrique alimentant le transducteur électrique est convertie sous forme de chaleur par le transducteur, la chaleur étant suffisante pour dégeler le liquide de lavage contenu préalablement à l’étape b) dans l’unité d’arrosage et/ou pour réchauffer le liquide de lavage de plus de 10 °C, voire de plus de 20 °C, entre l’entrée et la sortie de l’unité d’arrosage.
La vitesse de chauffage du liquide de lavage par réchauffement du transducteur peut être supérieure à 2°C/s, voire supérieure à 5°C/s.
Par ailleurs, l’arrosage peut être effectué séquentiellement. Le liquide de lavage peut être délivré sur la surface optique en séquences d’une durée comprise entre 20 ms et 5 s, les séquences étant espacées d’une durée comprise entre 50 ms et 60 s.
Le liquide de lavage peut être à base aqueuse, et comporter des agents lavants. Le liquide de lavage peut en outre comporter des agents renforçant l’hydrophobie de la surface optique.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
[Fig. la]
[Fig. lb]
[Fig. le] représentent de manière schématique, et en coupe transversale, un premier exemple de dispositif selon l’invention,
[Fig. ld] est une variante du premier exemple de dispositif selon l’invention,
[Fig. le] et
[Fig lf] sont des coupes selon le plan (BB) en vue de dessus et selon le plan (AA) en vue de côté respectivement d’une autre variante du premier exemple de dispositif selon l’invention,
[Fig. 2] est une vue en perspective d’un deuxième exemple de dispositif selon l’invention,
[Fig. 3] est une autre vue, à grandissement plus élevé et en perspective, du deuxième exemple, et
[Fig. 4] est une représentation schématique en coupe selon une vue perpendiculaire à la surface optique du deuxième exemple illustré sur les figures 2 et 3. Les éléments constitutifs du dessin n’ont pas toujours été représentés à l’échelle par souci de clarté.
On a illustré sur les figures la à le un premier exemple de dispositif 5 selon l’invention.
Le dispositif 5 comporte une surface optique 10, sous la forme d’une plaque, et un appareil de nettoyage 15.
L’appareil de nettoyage 15 comporte une unité d’arrosage 20 et un transducteur d’onde 25 au contact de la surface optique 10. Le transducteur 25 est recouvert sur chacune de ses faces opposées 30a, b par l’unité d’arrosage 20 et par la surface optique 10 qui le protègent en le prenant en sandwich.
L’appareil de nettoyage 15 peut être disposé en périphérie de la surface optique
10.
Le transducteur 25 peut être relié électriquement à un générateur de courant, non représenté. Lorsqu’ alimenté électriquement, le transducteur génère une onde ultrasonore W qui se propage dans la surface optique 10. L’onde ultrasonore peut être une onde de Lamb ou une onde ultrasonore de surface qui, de préférence, se propage sur la face 35 de la surface optique en contact avec le transducteur.
Un canal d’alimentation 40 est ménagé dans l’unité d’arrosage 20, afin de conduire, comme indiqué par la flèche C, un liquide de lavage L d’un réservoir jusqu’à un orifice de distribution 45 qui débouche sur la surface optique.
Le dispositif peut comporter une pompe 50 afin d’entraîner le liquide de lavage L jusqu’à l’orifice de distribution 45.
Le canal d’alimentation 40 peut être superposé au transducteur 25 et être à une distance inférieure à 30 mm. Ainsi, le liquide de lavage L contenu dans le canal d’alimentation 40 peut être chauffé par la chaleur dissipée par effet Joule par le transducteur. Afin que le chauffage du liquide de lavage soit optimal, il est préférable que l’unité d’arrosage soit en contact avec le transducteur ou avec un organe de diffusion thermique 55 qui est en contact avec le transducteur 25. Le dispositif de l’exemple illustré comporte un tel organe de diffusion thermique 55, par exemple en aluminium, qui recouvre le transducteur, afin de diffuser efficacement la chaleur produite par le transducteur vers le canal d’alimentation. Pour nettoyer la surface optique, un volume prédéterminé d’un liquide de lavage est conduit, par exemple par entraînement au moyen de la pompe 50, vers l’orifice de distribution 45 au travers duquel il s’écoule. Il atteint la face 35 de la surface optique sur laquelle l’appareil de nettoyage est fixé. Le transducteur génère une onde de surface ultrasonore qui se propage dans la surface optique du transducteur vers un bord 60 opposé de la surface optique, le long d’un chemin de propagation qui traverse la zone Z de la surface optique recouverte par le liquide de lavage.
Le liquide de lavage est alors éloigné du transducteur, comme indiqué par la flèche D, sous l’action de l’onde ultrasonore sur la surface optique. Le liquide de lavage peut ainsi rencontrer un corps 65, tel une poussière ou une particule grasse, qui adhère à la surface optique. Le corps peut alors être mis en solution dans le liquide de lavage, comme illustré sur la figure le et être entraîné hors de la surface optique par le bord 60.
Avantageusement, l’intégralité du volume de lavage déposé par l’unité d’arrosage sur la surface optique peut en être évacué sous l’effet de la propagation de l’onde ultrasonore W. On évite ainsi la formation d’un film résiduel provenant de l’évaporation du liquide de lavage non évacué de la surface optique.
La surface optique du dispositif illustré sur les figures la à le est représentée à l’horizontale, mais elle peut bien évidemment être oblique ou verticale sans que l’efficacité de fonctionnement du dispositif n’en soit affectée.
Dans une variante de réalisation illustrée sur la figure ld, un évidement 61 entre le transducteur 25 et l’organe de diffusion thermique 55 peut être ménagé afin de séparer le transducteur de l’organe de diffusion thermique. Cet exemple de réalisation est préféré lorsque l’épaisseur du transducteur est inférieure à la longueur d’onde de l’onde ultrasonore générée par le transducteur, par exemple lorsque l’épaisseur du transducteur est inférieure à 50 pm. L’organe de diffusion thermique du transducteur peut être fixé par exemple collé sur un élément acoustiquement isolant 62, par exemple en un thermoplastique, fixé sur la surface optique 10, d’épaisseur supérieure au transducteur.
Les figures le et lf illustrent un autre exemple de dispositif selon l’invention, qui diffère notamment de celui illustré sur la figure ld en ce que le transducteur comporte un substrat 71 piézoélectrique et deux électrodes de polarité opposée au contact du substrat. Les électrodes présentent chacune la forme d’un peigne 72 comportant un connecteur 73 et des doigts 74 qui s’étendent perpendiculairement à partir du connecteur. Les doigts des peignes sont interconnectés. Ainsi, lorsque les électrodes sont alimentées électriquement, la différence de polarité génère une vibration du substrat 71 piézoélectrique dans la portion Pa du substrat délimitée par les doigts périphériques, ce qui résulte en la génération de l’onde ultrasonore. Le substrat piézoélectrique est prolongé hors de l’ensemble délimité par les doigts périphériques des peignes, et définit ainsi une portion inactive Pi du transducteur, dans laquelle aucune onde n’est directement générée par l’alimentation électrique des électrodes. Comme cela est illustré sur les figures le et lf, l’organe de diffusion thermique est fixé sur la portion inactive Pi du substrat piézoélectrique et un évidement est ménagé entre le transducteur et l’unité d’arrosage, au moyen de l’organe de diffusion thermique dont l’épaisseur est suffisante pour espacer les peignes de l’unité d’arrosage. Ainsi, la chaleur produite par réchauffement du transducteur peut être transférée efficacement par conduction à travers l’organe de diffusion thermique jusqu’au liquide de lavage circulant dans l’unité d’arrosage. De préférence, afin d’éviter la formation d’un court-circuit lors de l’alimentation électrique des électrodes, l’organe de diffusion thermique est séparé des peignes par une distance supérieure à la longueur d’onde de l’onde ultrasonore.
Les figures 2 à 4 illustrent un deuxième exemple de mise en œuvre du dispositif selon l’invention.
Le dispositif 15 diffère notamment de celui illustré sur la figure la en ce que la surface optique 10 comporte deux portions 70, 75 empilées l’une sur l’autre et présentant des faces en contact de forme complémentaires.
La première portion 70 est acoustiquement conductrice et est destinée à propager une onde ultrasonore W. Cette première portion 70 est rapportée sur une deuxième portion 75 d’aire plus importante, qui est par exemple un pare-brise d’un véhicule automobile.
La deuxième portion 75 peut être acoustiquement isolante car elle n’est pas destinée à propager l’onde ultrasonore générée par le transducteur.
La première portion 70 peut être fixée de manière amovible sur la deuxième portion 75, par exemple au moyen d’une couche de colle thermosensible. Ainsi, en cas de rupture de l’une ou de l’autre de ces deux portions, le remplacement de la portion endommagée est aisé.
Par ailleurs, le dispositif illustré sur la figures 2 à 4 diffère aussi de celui illustré sur les figure la à le en ce que l’unité d’arrosage comporte un bâti 80 et une buse d’aspersion 85 logée dans le bâti. Le bâti 80 comporte une branche 90 qui s’étend, tout comme la buse d’aspersion, sur toute la largeur 1 de la première portion 70. La branche comporte une rainure 95 rectiligne d’axe X et dont la section transverse présente un contour en arc de cercle. Le bâti peut en outre comporter un pied 97, au contact de la deuxième portion 75, qui s’étend à partir de la branche perpendiculairement à cette dernière.
Dans l’exemple illustré sur la figure 4, le dispositif comporte un ou plusieurs transducteurs 25 pour générer des ondes ultrasonores qui sont au contact de la première portion 70 acoustiquement acoustique et recouverts intégralement par la branche 90.
La buse d’aspersion 85 est logée dans la rainure 95. Elle est mobile en rotation autour de l’axe X dans la rainure par rapport au bâti. Elle peut être maintenue par le bâti de manière à être fixe en translation selon l’axe X par rapport au bâti.
La buse d’aspersion 85 peut être un tube cylindrique de révolution d’axe X comportant une paroi 100 dont la face radialement extérieure est de forme complémentaire à la rainure. Le tube peut être fermé à ses extrémités 105, 110 opposées selon l’axe X.
Par ailleurs, le bâti 80 et la buse d’aspersion 85 sont en communication de fluide pour conduire le liquide de lavage L d’un réservoir jusque sur la surface optique 10.
Le bâti peut comporter un évidement 115 ménagé dans le pied 97 qui débouche dans la rainure 95 par une de ses extrémités et par une autre de ses extrémités dans un trou 120 traversant la deuxième portion dans son épaisseur. Le liquide de lavage peut être introduit dans le bâti par l’intermédiaire du trou 120.
La buse d’aspersion 85 peut comporter un espace intérieur 125 creux, une ouverture 130 ménagée dans la paroi qui débouche sur l’évidement 115 et un ou plusieurs orifices de distribution 45 ménagés dans la paroi et qui débouchent sur la surface optique 10. L’espace intérieur 125 est de préférence superposé aux transducteurs 25, représentés en pointillés.
L’évidement 115 et l’espace intérieur 125 mis en communication de fluide par l’ouverture 130 définissent ainsi un canal d’ alimentation en liquide de lavage.
Ainsi, comme indiqué par les flèches C sur la figure 4, le liquide de lavage L s’écoule à partir du trou 120 dans le canal d’ alimentation où il est réchauffé par la chaleur émise par les transducteurs 25. Il est ensuite distribué sur la surface optique au travers des orifices de distribution 45. Le liquide de lavage est alors déplacé par l’onde ultrasonore générée par le transducteur sur la surface optique afin de nettoyer cette dernière, comme cela a été illustré précédemment sur les figures la à le.
Par ailleurs, G unité d’arrosage peut comporter un moteur pour disposer la buse d’aspersion 85 selon une position angulaire spécifique autour de l’axe X.
Le bâti peut comporter un ou plusieurs conduits 140 dans lesquels des câbles électriques peuvent être logés, afin de connecter électriquement le ou les transducteurs et/ou le moteur avec un générateur électrique.
Avantageusement, le dispositif illustré sur le deuxième exemple permet de nettoyer efficacement la face 145 de la première portion par exemple afin de permettre à un appareil 150, tel qu’illustré sur la figure 2, d’émettre et/ou de recevoir un rayonnement à travers cette première portion.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation de l’invention présentés à titre illustratif et non limitatif.

Claims

Revendications
1. Dispositif (5) comportant une surface optique (10) et un appareil de nettoyage (15) de la surface optique comportant :
- un transducteur d’ondes (25) couplé acoustiquement avec la surface optique et configuré pour synthétiser une onde ultrasonore (W) se propageant dans la surface optique, et
- une unité d’arrosage (20) pour délivrer un liquide de lavage (L) sur la surface optique, l’unité d’arrosage (20) étant superposée au transducteur (25), le dispositif étant conformé pour que l’onde ultrasonore déplace le liquide de lavage sur la surface optique.
2. Dispositif selon la revendication 1, l’unité d’arrosage (20) étant fixée à la surface optique (10) et/ou au transducteur (25).
3. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, le transducteur (25) étant disposé entre l’unité d’arrosage (20) et la surface optique (10).
4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’unité d’arrosage étant configurée pour délivrer le liquide de lavage (L) sur une zone de la surface optique située sur le chemin de propagation de l’onde ultrasonore.
5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’unité d’arrosage comportant un canal d’alimentation (40) en liquide de lavage superposé au moins en partie au transducteur et distant de moins de 4 cm, de préférence de moins 2 cm, de préférence de moins de 1 cm du transducteur (25).
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’appareil de nettoyage comportant un organe de diffusion thermique (55), disposé entre le transducteur (25) et l’unité d’arrosage (20), en un matériau présentant une conductivité thermique supérieure ou égale à 50 W.m^.K 1, de préférence supérieure ou égale à 150 W.m^.K 1, notamment métallique, par exemple en un alliage de cuivre.
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’appareil de nettoyage (15) étant disposé en périphérie de la surface optique.
8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’unité d’arrosage (20) étant configurée pour délivrer le liquide de lavage de manière séquentielle.
9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le transducteur présentant une épaisseur comprise entre 1 pm et 500 pm.
10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, la surface optique étant un élément de vitrage d’un véhicule automobile, par exemple une lunette arrière.
11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’unité d’arrosage étant configurée pour délivrer le liquide de lavage à une pression relative inférieure à 1 bar.
12. Procédé de nettoyage d’une surface optique, le procédé comportant a) la fourniture d’un dispositif (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, b) l’arrosage, au moyen de l’unité d’arrosage (20), de la surface optique (10) avec un liquide de lavage (L), c) la synthèse d’une onde ultrasonore (W) se propageant dans la surface optique et qui est adaptée à déplacer le liquide de lavage jusqu’à un corps (65) disposé sur une face (35) du support.
13. Procédé selon la revendication précédente, l’alimentation électrique du transducteur étant maintenue au moins jusqu’à ce que le corps soit déplacé sur la surface optique avec le liquide de lavage.
14. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 et 13, la distance entre la zone où le liquide de lavage entre en contact avec la surface optique et le transducteur étant inférieure à 1 mm et/ou la pression relative du liquide de lavage en sortie de l’unité d’arrosage étant inférieure à 1 bar.
15. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 14, au moins une partie de l’énergie électrique alimentant le transducteur électrique étant convertie sous forme de chaleur par le transducteur, la chaleur étant suffisante pour dégeler le liquide de lavage contenu préalablement à l’étape b) dans l’unité d’arrosage et/ou pour réchauffer le liquide de lavage de plus de 10 °C, voire de plus de 20 °C, entre l’entrée et la sortie de l’unité d’arrosage.
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