光学装置以及具备光学装置的光学单元的制作方法

文档序号:25543480发布日期:2021-06-18 20:40
光学装置以及具备光学装置的光学单元的制作方法

本发明涉及一种光学装置以及具备光学装置的光学单元。



背景技术:

近年来,在车辆的前部、后部设置具备摄像元件等光学传感器的光学单元,利用由该光学单元获得的图像来控制安全装置、进行自动驾驶控制。这样的光学单元大多设置在车外,因此有时在覆盖于外部的透光体(透镜、保护罩)上会附着雨滴、泥土、灰尘等异物。当在透光体上附着异物时,所附着的异物会映现在由该光学单元获得的图像中,从而无法获得清晰的图像。

因此,在专利文献1所记载的光学单元中,为了去除附着于透光体的表面的异物,通过马达对牢固地固定安装有该透光体(光学元件)的外壳进行旋转驱动,由此使透光体旋转。在该光学单元中,通过使透光体与外壳一起旋转驱动,由此利用透光体的离心作用去除了异物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2019-11043号公报



技术实现要素:

发明要解决的问题

但是,在专利文献1所记载的光学单元中,由于是以透光体的中心为轴进行旋转驱动,因此存在以下情况:在透光体的离中心远的周缘部产生较强的离心作用,从而能够去除异物,但是在透光体的中心无法去除异物。也就是说,在专利文献1所记载的光学单元中,在透光体的中心部(中央部)产生去除不尽的水滴等残余物,从而妨碍了光学传感器的视场。

另外,在要仅通过旋转机构或振动机构来去除因降雨或清洗液的喷射而附着于透光体的雨水或水滴的光学单元中,根据水滴的尺寸、附着的场所而在透光体表面产生残余物,妨碍光学传感器的视场,从而有时无法获得准确的周围信息。

因此,本发明的目的在于提供一种能够去除附着于透光体的异物的光学装置以及具备光学装置的光学单元。

用于解决问题的方案

本发明的一个方式所涉及的光学装置具备:透光体,其配置在光学传感器的视场方向上;壳体,其用于保持透光体;温度调节部,其用于调节透光体的温度;以及驱动部,其驱动透光体,以去除附着于透光体的表面的异物,其中,温度调节部以使透光体的温度从该透光体的周缘部向中心变高的方式进行透光体的温度调节。

本发明的一个方式所涉及的光学单元具备光学传感器和上述记载的光学装置。

发明的效果

根据本发明,温度调节部以使透光体的温度从该透光体的周缘部向中心变高的方式进行透光体的温度调节,因此使附着于透光体的表面的异物移动到周缘部并将该异物去除,从而使得在透光体的中心部不产生残余物。

附图说明

图1是用于说明本实施方式1所涉及的光学单元的结构的概要图。

图2是用于说明本实施方式1所涉及的设置于保护罩的线状构件的结构的俯视图。

图3是示出水的表面张力根据温度而产生的变化的曲线图。

图4是示出与基准温度对应的水的表面张力差的曲线图。

图5是用于说明本实施方式1所涉及的光学单元的变形例的结构的概要图。

图6是用于说明本实施方式2所涉及的设置于保护罩的加热器的结构的俯视图。

图7是用于说明本实施方式2所涉及的设置于保护罩的加热器的其它结构的俯视图。

图8是示出本实施方式3所涉及的使保护罩振动的情况下的最大位移点的俯视图。

图9是设置于本实施方式4所涉及的光学单元的清洗液的喷出装置的概要图。

图10是用于说明变形例所涉及的光学单元的结构的概要图。

具体实施方式

下面,参照附图来详细地说明本实施方式所涉及的光学单元。此外,图中相同的标记表示相同或相当的部分。

(实施方式1)

下面,参照附图来说明本实施方式1所涉及的光学单元。图1是用于说明本实施方式1所涉及的光学单元100的结构的概要图。图1的(a)是光学单元100的截面图,图1的(b)是光学单元100的外观图。光学单元100例如被安装于车辆的前方、后方等,是用于获取物体的形状、颜色、温度等信息、离物体的距离等信息的单元。在光学单元100中包括:光学传感器1,其用于获取物体的形状、颜色、温度等信息、离物体的距离等信息;以及光学装置10,其用于保持该光学传感器1,包括向光学传感器1的传感器面导光的光学构件等。光学单元100通过将光学装置10固定于支撑部2而被安装于车辆等。此外,安装光学单元100的场所不限于车辆,也可以安装于船舶、飞机等其它装置。

光学单元100在被安装于车辆等而在室外使用的情况下,有时在配置于光学传感器1的视场方向上并覆盖在外部的透光体(透镜、保护罩)上附着雨滴、泥土、灰尘等异物。因此,在光学装置10中,设置有用于去除透光体上附着的异物的去除单元。

具体地说,光学装置10包括壳体11、设置于壳体11的一个表面的透明的保护罩(透光体)12、以及用于使保护罩12振动的振动体13。振动体13连接于激振电路14,基于来自该电路的信号来使保护罩12振动。振动体13是去除单元,通过使保护罩12振动,来去除附着于保护罩12的异物。此外,光学传感器1设置于保护罩12的内侧,并被保持在壳体11中。

壳体11呈圆筒状,例如由金属、合成树脂形成。此外,壳体11也可以呈角柱状等其它形状。在壳体11的一端侧设置有保护罩12,在另一端侧设置有振动体13。

振动体13是压电振子,例如呈圆筒状的形状。压电振子例如通过在厚度方向上极化来进行振动。压电振子由锆钛酸铅系压电陶瓷形成。可是,也可以使用(k、na)nbo3等其它的压电陶瓷。并且,还可以使用litao3等压电单晶体。

保护罩12具有从壳体11的一端延伸的圆顶状的形状。在本实施方式中,将该圆顶状的形状设为半球形状。此外,光学传感器1例如具备170°的视场角。可是,圆顶状的形状不限定于半球状的形状。也可以是半球与圆筒相连的形状、比半球小的曲面形状等。保护罩12也可以为平板。保护罩12整体具有至少使在光学传感器1中设为对象的波长的光透过的透光性。因此,透过保护罩12的光不问可见光还是不可见光。

在本实施方式中,保护罩12由玻璃形成。可是,不限于玻璃,也可以由透明的塑料等树脂构成。或者,也可以由透光性的陶瓷构成。可是,根据用途的不同,优选使用强化玻璃。由此能够提高强度。在树脂的情况下,考虑保护罩12由丙烯酸、环烯烃、聚碳酸酯、聚酯等形成。并且,保护罩12可以为了提高强度而在表面形成由dlc等形成的涂层,也可以为了防止表面污染、去除雨滴等而在表面形成亲水膜、防水膜、亲油涂层、防油涂层等。

保护罩12既可以是简单的玻璃制的罩,也可以通过凹透镜、凸透镜、平面透镜等光学部件构成。在保护罩12的内侧也可以还具有光学部件。保护罩12与壳体11的接合方法没有特别限制。可以通过粘接剂、焊接、嵌合、压装等将保护罩12与壳体11接合。

在保护罩12内配置有上述的光学传感器1。光学传感器1既可以是cmos(complementarymos:互补型mos)、ccd(charge-coupleddevice:电荷耦合器件)等图像传感器,也可以是使用激光的lidar(lightdetectionandranging:光探测和测距)等。在光学传感器1使用图像传感器的情况下,光学传感器1透过保护罩12来对外部的被拍摄物进行摄影。

作为用于去除附着于保护罩的异物的去除单元,除了振动体13以外,还具有使保护罩旋转的旋转机构。在使用该旋转机构来去除附着于保护罩的异物的情况下,当使保护罩旋转时,保护罩的周缘部侧的旋转量大,中心部侧的旋转量少。即,对保护罩的中心部侧施加的离心作用小于对周缘部侧施加的离心作用,因此附着于保护罩的水滴中的位于保护罩的中心部侧的水滴比位于周缘部侧的水滴更难被清洗。因而,若构成为光学传感器的光轴与保护罩的旋转轴一致,则光学传感器的视场的中心部与保护罩的中心部变为一致,因此保护罩的中心部残留的水滴会妨碍光学传感器的视场。此外,说明了光学传感器的视场的中心部与保护罩的中心部一致的情况,但是光学传感器的视场的中心部与保护罩的中心部也可以不一致。

因此,在本实施方式1所涉及的光学装置10中,设置有温度调节部,该温度调节部以使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的方式进行保护罩12的温度调节,以避免在保护罩12的中心部残留异物(例如水滴等)。也就是说,温度调节部使得产生了使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的温度梯度。当产生这样的温度梯度时,高温侧的表面张力变小,另一方面,低温侧的表面张力变大。已知的是,通过表面张力根据温度梯度的变化而产生使水滴向低温侧移动的马兰哥尼(marangoni)对流。通过利用该对流,能够使水滴内的重心移动来使附着于保护罩12的表面的水滴从保护罩12的中心部去到周缘部而有效地将水滴去除。

具体地说,作为温度调节部,在保护罩12的表面设置有热导率比保护罩12的热导率高的线状构件。图2是用于说明本实施方式1所涉及的设置于保护罩12的线状构件的结构的俯视图。在图2的(a)中,在包围保护罩12的中心的位置设置有圆形形状的线状构件15a。在图2的(b)中,在包围保护罩12的中心的位置设置有钥匙孔形状的线状构件15b。

线状构件15a、15b设置于保护罩12的中心与周缘部之间,保护罩12的被线状构件15a、15b包围的内侧的面积小于外侧的面积。线状构件15a、15b由比保护罩12更易于传导热的材料形成,呈辐射状传导热。因此,来自线状构件15a、15b的热向保护罩12的内侧扩散并且还向外侧扩散。由于保护罩12的被线状构件15a、15b包围的内侧的面积小于外侧的面积,因此保护罩12的被线状构件15a、15b包围的内侧的部分的温度高于外侧的部分的温度。

并且,由于保护罩12的被线状构件15a、15b包围的内侧的面积随着去向中心而变小,因此通过从线状构件15a、15b传导到内侧的热而使得温度随着去向保护罩12的中心而变高。由此,保护罩12通过设置线状构件15a、15b,能够以使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的方式进行温度调节。也就是说,线状构件15a、15b能够产生使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的温度梯度,在附着于保护罩12的表面的水滴的表面张力的作用下使水滴向周缘部移动。

线状构件15a、15b只要是易于传导热的材料即可,由透明电极材料、各种涂层材料等形成。此外,通过在线状构件15a、15b上形成亲水涂层或防水涂层,能够使保护罩12产生温度梯度,并且能够赋予亲水功能或防水功能。此外,在使用线状构件15a、15b来产生温度梯度的情况下,能够通过在设置线状构件15a、15b的区域以外的区域使用难以传导热的材料,来产生更大的温度梯度。另外,线状构件15a、15b设置于保护罩12的内表面(光学传感器1侧的表面)或内部。并且,线状构件15a、15b只要使得保护罩12的被线状构件15a、15b包围的内侧的面积小于外侧的面积即可,并不限定于圆形形状、钥匙孔形状。线状构件15a、15b例如也可以呈矩形形状、多边形形状。

在此,说明水的表面张力。图3是示出水的表面张力根据温度而产生的变化的曲线图。在图3中,将横轴设为温度[℃],将纵轴设为表面张力[dyn/cm]。从图3可知,随着温度变高,水的表面张力变小。例如,0℃时的水的表面张力约为75dyn/cm,与此相对,100℃时的水的表面张力约为60dyn/cm。

接着,说明水的表面张力相对于基准温度变化多少程度。图4是示出与基准温度对应的水的表面张力差的曲线图。在图4中,将横轴设为温度差[℃],将纵轴设为表面张力差[dyn/cm]。在图4的(a)中,示出将基准温度设为20℃的情况下表面张力差相对于温度差的变化,在图4的(b)中,示出将基准温度设为40℃的情况下表面张力差相对于温度差的变化。在将基准温度设为20℃的情况下,当变化40℃时,水的表面张力差变小约6dyn/cm,但是在将基准温度设为40℃的情况下,当变化40℃时,水的表面张力差变小约7dyn/cm。

温度调节部使得产生了使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的温度梯度,但是如图4所示那样用于产生温度梯度的基准温度、温度梯度没有特别限定。另外,如图3所示,通过增大温度梯度,能够使表面张力差变大,因此能够更有效地使水滴移动到周缘部来将其去除。

此外,在本实施方式1所涉及的光学单元100中,说明了设置振动体13来使保护罩12振动的结构,但是即使只是通过温度调节部产生使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的温度梯度,也能够去除附着于保护罩12的表面的异物(例如水滴等)。也就是说,温度调节部能够被用作用于去除附着于保护罩12的表面的异物的去除单元,光学单元100可以仅设置温度调节部。

相反地,使保护罩12振动的振动体13、使保护罩12旋转的旋转机构因驱动而发热,该热可能经由壳体11传导至保护罩12。由此,保护罩12有时会产生周缘部侧因从振动体13、旋转机构传导的热而温度变高、且中心与周缘部相比温度较低的温度梯度。当保护罩12的中心的温度变得低于周缘部的温度时,以附着于保护罩12的表面的水滴向保护罩12的中心侧移动的方式发挥作用,水滴聚集在保护罩12的中心部而难以被去除。因此,光学单元100在设置有振动体13、旋转机构的情况下,需要通过温度调节部来产生使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的大的温度梯度。

例如,温度调节部设为热导率比保护罩12的热导率高的面状构件,来代替线状构件。面状构件设置于保护罩12的包含中心的一部分。图5是用于说明本实施方式1所涉及的光学单元的变形例的结构的概要图。光学单元100a除了设置有面状构件16来代替图1所示的光学单元100中的线状构件的结构以外,其它结构与图1所示的光学单元100相同,对相同的结构标注相同的标记,不重复进行详细的说明。光学装置10a除了设置有面状构件16来代替图1所示的光学装置10中的线状构件的结构以外,其它结构与图1所示的光学装置10相同,对相同的结构标注相同的标记,不重复进行详细的说明。

面状构件16只要是易于传导热的材料即可,由透明电极材料、各种涂层材料等形成。此外,通过在面状构件16上形成亲水涂层或防水涂层,能够使保护罩12产生温度梯度,并且能够赋予亲水功能或防水功能。此外,在使用面状构件16来产生温度梯度的情况下,能够通过在设置线状构件15a、15b的区域以外的区域使用难以传导热的材料,来产生更大的温度梯度。

另外,面状构件16设置于保护罩12的内表面(光学传感器1侧的表面)或内部。面状构件16如图5所示那样被来自包括光学传感器1的基板侧的热加温。另一方面,保护罩12的周缘部经由壳体11来散热。因此,面状构件16的温度从保护罩12的周缘部向中心变高,面状构件16能够产生大的温度梯度。特别地,如图5所示,通过将保护罩12的形状设为凸形状,能够使热滞留在设置于保护罩12的内表面的面状构件16的部分,能够通过来自包括光学传感器1的基板侧的热将面状构件16加温,由此能够实现更大的温度梯度。

此外,在图5中,仅在保护罩12的中心部设置有面状构件16,但是也可以在保护罩12的整个表面设置面状构件,并且将面状构件设置为相比于保护罩12的周缘部而言在保护罩12的中心部密度更高。相比于保护罩12的以低密度设置面状构件16的周缘部而言,保护罩12的以高密度设置面状构件16的中心部被来自包括光学传感器1的基板侧的热加热为更高的温度。并且,也可以是,关于保护罩12中的没有设置面状构件16的区域,设置热传导比面状构件16的热传导低的面状构件,从而在保护罩12的整个表面设置面状构件。

另外,壳体11也可以与温度调节部的一部分以能够进行热传导的方式连接。如图2的(b)所示,钥匙孔形状的线状构件15b设置于包围保护罩12的中心的位置,钥匙孔形状的直线部分延伸到保护罩12的周缘部并与壳体11连接。由此,作为温度调节部的线状构件15b能够利用来自壳体11的热(例如通过振动体13的振动产生的热、来自旋转机构的热等)。

如以上那样,在本实施方式1所涉及的光学装置10中,具备:保护罩12,其配置在光学传感器1的视场方向上;壳体11,其用于保持保护罩12,以及温度调节部(例如线状构件15a、15b、面状构件16),其用于调节保护罩12的温度。温度调节部以使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的方式进行保护罩12的温度调节。

因此,本实施方式1所涉及的光学装置10以使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的方式进行保护罩12的温度调节,因此使附着于保护罩12的表面的异物移动到周缘部而将其去除,从而使得在保护罩12的中心部不产生残余物。

也可以是,温度调节部是热导率比保护罩12的热导率高的线状构件,线状构件设置于保护罩12,呈包围保护罩12的中心的形状,保护罩12的被线状构件包围的内侧的面积比外侧的面积小。由此,能够产生使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的温度梯度。

温度调节部也可以设置在保护罩12的内表面或内部。由此,能够利用来自包括光学传感器1的基板侧的热。

为了去除附着于保护罩12的表面的异物,也可以还具备进行使保护罩12以光学传感器1的视场的中心为轴旋转的驱动的驱动部。由此,能够利用离心作用来去除附着于保护罩12的表面的异物。

为了去除附着于保护罩12的表面的异物,也可以还具备进行使保护罩12振动的驱动的驱动部。由此,能够通过保护罩12的振动来去除附着于保护罩12的表面的异物。

光学单元100、100a具备光学传感器1和上述所记载的光学装置10。由此,光学单元100、100a以使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的方式进行保护罩12的温度调节,因此使附着于保护罩12的表面的异物移动到周缘部而将其去除,从而使得在保护罩12的中心部不产生残余物。

此外,为了对作为温度调节部的设置于保护罩12的表面的线状构件15a、15b、面状构件16进行加温,也可以利用由光学传感器1产生的热。在该情况下,由于形成为利用了通过壳体11内的空气来传导由光学传感器1产生的热的热设计,因此光学装置不需要为了产生使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的温度梯度而消耗额外的电力。作为温度调节部,除了将易于传导热的材料插入、粘贴、图案形成于保护罩12的表面等来形成线状构件15a、15b、面状构件16以外,也可以通过使保护罩12的厚度变化来变更热导率,还可以在保护罩12设置保温材料。

(实施方式2)

在实施方式1所涉及的光学装置中,说明了例如设置线状构件15a、15b、面状构件16作为对保护罩12的温度进行调节的温度调节部来使保护罩12产生温度梯度的结构。在本实施方式所涉及的光学装置中,说明通过加热器对保护罩12进行加热来产生温度梯度的结构。

图6是用于说明本实施方式2所涉及的设置于保护罩的加热器的结构的俯视图。此外,本实施方式2所涉及的光学单元除了设置有加热器来代替图1所示的光学单元100中的线状构件的结构以外,其它结构与图1所示的光学单元100相同,对相同的结构标注相同的标记,不重复进行详细的说明。另外,本实施方式2所涉及的光学装置除了设置有加热器来代替图1所示的光学装置10中的线状构件的结构以外,其它结构与图1所示的光学装置10相同,对相同的结构标注相同的标记,不重复进行详细的说明。

在图6的(a)中,在保护罩12的中心部设置有环状的加热器17a。在图6的(b)中,在保护罩12的中心部设置有梳齿状的加热器17b。加热器17a、17b设置于保护罩12的中心部,通过从中心部延伸到周缘部的布线来被供给电力。加热器17a、17b是电阻加热器,能够通过被供给电力来主动地加热。因此,来自加热器17a、17b的热对保护罩12的中心部进行加温,因此能够以使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的方式进行保护罩12的温度调节。也就是说,加热器17a、17b能够产生使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的温度梯度,在附着于保护罩12的表面的水滴的表面张力的作用下使水滴向周缘部移动。

加热器17a、17b通过使用透明电极材料,能够减少对光学设计的影响。此外,透明电极材料的透明是指使在光学传感器1中设为对象的波长的光透过。在此,作为透明电极材料,考虑氧化铟锡、氧化锌、氧化锡、氧化钛、石墨烯等碳材料。另外,加热器17a、17b设置于保护罩12的内表面(光学传感器1侧的表面)或内部。并且,加热器17a、17b只要设置于保护罩12的中心部即可,并不限定于环状、梳齿状。加热器17a、17b例如也可以呈矩形形状、多边形形状。

在将加热器17a、17b设置于保护罩12的情况下,也可以设置用于使加热器17a、17b加热的电路、用于监视保护罩12的温度的温度传感器功能等。

将加热器设置于保护罩12的结构不限定于图6所示的设置于保护罩12的中心部的结构。例如,也可以将构成加热器的线状的导电材料配置为从保护罩12的中心部到周缘部间隔变宽。图7是用于说明本实施方式2所涉及的设置于保护罩的加热器的其它结构的俯视图。在图7的(a)中,示出从保护罩12的中心部至周缘部配置有多个同心圆状的导电材料所形成的加热器17c的一例,在图7的(b)中,示出从保护罩12的中心部至周缘部将导电材料配置成螺旋形状所形成的加热器17d的一例。

从图7的(a)和图7的(b)可知,关于加热器17c、17d,相比于保护罩12的周缘部而言,在保护罩12的中心部以更高的密度设置导电材料。由此,加热器17c、17d能够产生使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的温度梯度,在附着于保护罩12的表面的水滴的表面张力的作用下使水滴向周缘部移动。此外,在光学装置具有使保护罩12旋转的旋转机构的情况下,该旋转机构的旋转方向与加热器17d的导电材料的螺旋方向为相同的旋转方向更为优选。

作为加热器的一例,说明了电阻加热器,但是并不限定于此。例如,也可以是向保护罩12的中心部吹送暖风的暖风加热器(鼓风机)。只要是能够产生使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的温度梯度的加热器即可,可以是任何形式的加热器。

如以上那样,在本实施方式2所涉及的光学装置中,温度调节部是加热器。特别地,加热器是通过透明电极材料形成于保护罩12的表面的电阻加热器。由此,加热器能够主动地对保护罩12的中心部进行加热,来产生使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的温度梯度。

也可以是,相比于保护罩12的周缘部而言,在保护罩12的中心部以更高的密度设置电阻加热器。由此,加热器能够产生使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的温度梯度。

(实施方式3)

在实施方式2所涉及的光学装置中,说明了如下结构:例如设置加热器17a、17b作为调节保护罩12的温度的温度调节部来进行加热,使保护罩12产生温度梯度。在本实施方式所涉及的光学装置中,说明不使用加热器而进行加热来使保护罩12产生温度梯度的结构。

图8是示出本实施方式3所涉及的使保护罩振动的情况下的最大位移点的俯视图。在图8的(a)中,示出仅通过振动来对保护罩进行加热的结构,在图8的(b)中,示出将振动与加热器组合来对保护罩进行加热的结构。此外,本实施方式3所涉及的光学单元除了未设置图1所示的光学单元100中的线状构件的结构以外,其它结构与图1所示的光学单元100相同,对相同的结构标注相同的标记,不重复进行详细的说明。另外,本实施方式3所涉及的光学装置除了未设置图1所示的光学装置10中的线状构件以外,其它结构与图1所示的光学装置10相同,对相同的结构标注相同的标记,不重复进行详细的说明。

在本实施方式3所涉及的光学装置中,也具有振动体13,通过与振动体13的振动相结合来使保护罩12振动,利用振动的机械损失来对保护罩12进行了加热。如图1的(b)中说明的那样,光学装置在壳体11的一端侧设置有保护罩12,在另一端侧设置有振动体13。此外,光学装置具有壳体11、保护罩12、振动体13即可,其组合顺序不限。

保护罩12的振动是通过振动体13的宽度振动与其高阶振动或厚度纵向振动之间的耦合而激发的,使得如图8的(a)所示那样最大位移点18a位于保护罩12的中心部。振动体13的激振频率例如设为500khz以上,若使保护罩12以该激振频率以上的频率振动,则能够更有效地利用振动的机械损失产生热。

在光学装置中,能够使保护罩12以第一振动模式和第二振动模式进行振动,该第一振动模式用于通过使振动体13振动来使保护罩12的外侧的振动振幅大于中心部的振动振幅,该第二振动模式用于使保护罩12的中心部的振动振幅变大。也就是说,第一振动模式是雾化模式,是以如图8的(a)所示那样保护罩12的最大位移点18b位于从保护罩12的中心部引出的线段上的方式进行的振动。最大位移点18b位于保护罩12的中心部或中心部的附近且在将中心部与周缘部连结的线段上。另一方面,第二振动模式是加热模式,使得振动位移大的部分位于保护罩12的中心部(振动的波腹),振动位移小的部分位于保护罩12的周缘部(振动的波节)。

在光学装置中,通过使保护罩12以第二振动模式(例如500khz以上)振动,来使保护罩12的最大位移点18a振动,利用振动的机械损失来对保护罩12进行了加热。另一方面,光学装置通过使保护罩12的最大位移点18b以第一振动模式(例如50khz以上)振动,来使附着于保护罩12的表面的水滴雾化以去除异物。

此外,光学装置采用使保护罩12以第二振动模式(加热模式)振动的发热机构,由此不再需要设置易于向保护罩12传导热的材料、透明电极等附加元件。因此,光学装置能够将保护罩12的透明度维持得高,能够通过光学传感器1获取清晰的信息,并且能够使保护罩12上的构造简单化。此外,关于光学装置,说明了能够使保护罩12以第一振动模式(雾化模式)和第二振动模式(加热模式)中的任一个振动模式进行振动,但是也可以仅是使保护罩12以第二振动模式(加热模式)振动的结构。

在图8的(b)中,除了利用保护罩12的振动进行加热以外,还在光学装置中设置了加热器17a。因此,在尽管使保护罩12的最大位移点18a振动来对保护罩12进行加热也无法产生足够的温度梯度的情况下,光学装置能够通过加热器17a对保护罩12进行加热。

如以上那样,在本实施方式3所涉及的光学装置中,激振电路14(驱动部)能够进行使保护罩12以第一振动模式和第二振动模式振动的驱动,该第一振动模式是使保护罩12的外侧的振动振幅大于中心部的振动振幅的模式,该第二振动模式是使保护罩12的中心部的振动振幅变大的模式。温度调节部通过利用激振电路14使保护罩12以第二振动模式振动,来对保护罩12进行加热。由此,光学装置能够对保护罩12的最大位移点18进行加热,来产生使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的温度梯度。

也可以是,还具备驱动部,该驱动部进行使保护罩12以保护罩12的中心部的振动振幅变大的振动模式振动的驱动,温度调节部通过利用驱动部使保护罩12振动来对保护罩12进行加热。驱动部也可以仅是使保护罩12以加热模式振动的结构。

(实施方式4)

在实施方式1所涉及的光学装置中,说明了通过利用振动体13使保护罩12振动来去除附着于保护罩12的异物。在本实施方式所涉及的光学装置中,除了该振动体以外,还具有向保护罩的表面喷出清洗液的结构。

图9是设置于本实施方式4所涉及的光学单元100b的清洗液的喷出装置的概要图。此外,本实施方式4所涉及的光学单元100b在图1所示的光学单元100中设置了喷出装置,除此以外的结构与图1所示的光学单元100相同,对相同的结构标注相同的标记,不重复进行详细的说明。另外,本实施方式4所涉及的光学装置10b在图1所示的光学装置10中设置了喷出装置,除此以外的结构与图1所示的光学装置10相同,对相同的结构标注相同的标记,不重复进行详细的说明。

如图9所示,壳体11设置有向保护罩12喷出清洗液的喷出装置19。喷出装置19被从未图示的清洗液的贮存罐供给清洗液,并将清洗液从开口部向保护罩12的表面喷出。此外,喷出装置19的开口部的顶端位于光学传感器1的视场的外部,该开口部不对光学传感器1产生影响。在本实施方式中,示出了在壳体11设置有喷出装置19的一个开口部的结构,但是也可以在壳体11设置喷出装置的多个开口部。

此外,在本实施方式中,设为设置于光学单元的喷出装置19能够向保护罩12的表面喷出清洗液来进行清洗的结构而进行说明,但是也可以代替清洗液而将空气向保护罩12的表面喷出来进行清洗。也就是说,喷出装置19向保护罩12的表面喷出作为清洗体的清洗液、空气。

喷出装置19是喷出用于去除附着于保护罩12的表面的异物的清洗液的装置,考虑到在寒冷地区使用,也可以在清洗液中含有醇类,以降低冻结温度。所含有的醇有甲醇、乙醇等。另外,也可以在清洗液中含有表面活性剂。喷出装置19通过在降雨时向保护罩12的表面喷出清洗液,能够防止降雨冻结,光学装置10b通过使保护罩12振动等,能够有效地去除水滴。

另外,喷出装置19在降雨时向保护罩12的表面喷出了清洗液时,由于雨与清洗液混合,因此清洗液中含有的醇浓度降低,根据由温度梯度产生的温度差而表面张力差变大。例如,在通过温度调节部(例如线状构件15a、15b、面状构件16)产生了保护罩12的中心部的温度为25℃且周缘部的温度为20℃的温度梯度的情况下,当浓度变为40mass%(质量%)以下时,甲醇水溶液的表面张力差成为约0.10dyn/cm(=mn/m)以上。同样地,当浓度变为50mass%(质量%)以下时,乙醇水溶液的表面张力差成为约0.11dyn/cm(=mn/m)以上。表面张力差大更易于使水滴的重心移动,因此能够有效地去除附着于保护罩12的表面的水滴。

如以上那样,在本实施方式4所涉及的光学装置10b中,还具备向保护罩12的表面喷出清洗体的喷出装置19,在保护罩12的表面上附着有异物的情况下,喷出装置19喷出清洗液。由此,光学装置10b能够通过喷出装置19喷出的清洗液来去除附着于保护罩12的表面的异物。

此外,清洗液的喷出装置19也可以被共用为向车辆的前窗玻璃喷出清洗液的机构。通过共用为向车辆的前窗玻璃喷出清洗液的机构,不需要另外设置清洗液的贮存罐、喷出用泵,因此能够实现能够喷出清洗液的光学装置10b的低成本化、少空间化。

另外,本实施方式4所涉及的光学装置10b能够与其它实施方式的结构进行组合。并且,关于该光学装置10b,说明了除了振动体13以外还设置有向保护罩12的表面喷出清洗液的喷出装置19,但是也可以代替振动体13而将喷出装置19与旋转机构进行组合。当然,该光学装置10b也可以不设置振动体13、旋转机构而仅设置喷出装置19。

(其它变形例)

在上述的实施方式所涉及的光学装置中,说明了保护罩12呈圆顶状的形状,但是也可以呈板状的形状。图10是用于说明变形例所涉及的光学单元100c的结构的概要图。在光学单元100c中包括:光学传感器1,其用于获取物体的形状、颜色、温度等信息、离物体的距离等信息;以及光学装置10c,其用于保持该光学传感器1,包括向光学传感器1的传感器面导光的光学构件等。光学装置10c包括壳体11、设置于壳体11的一个表面的板状的透明的保护罩12a、以及用于使保护罩12a振动的振动体13。

在上述的实施方式所涉及的光学装置中,说明了在保护罩12设置线状构件15a、15b等作为使保护罩12产生温度梯度的温度调节部来利用从基板侧传导的热的结构、或者设置加热器17a等加热机构的结构。但是,并不限于此,光学装置也可以利用从周边部(例如振动体13、旋转机构)释放的热。

在上述的实施方式所涉及的光学装置中,说明了设置加热器17a等作为加热机构的结构,但是该加热器与用于融雪功能或除霜功能的加热器不同,该加热器能够产生使保护罩12的温度从保护罩12的周缘部向中心变高的温度梯度。因此,在光学装置中,也可以同时使用使得产生温度梯度的加热机构和用于融雪功能或除霜功能的加热机构。当然,光学装置也可以将使得产生温度梯度的加热机构利用于融雪功能或除霜功能。

上述的实施方式所涉及的光学单元也可以包括摄像机、lidar、rader(雷达)等。

上述的实施方式所涉及的光学单元不限定于设置于车辆的光学单元,也能够同样应用于需要对配置在光学传感器的视场内的保护罩12进行清洗的用途的光学单元。

在上述的实施方式所涉及的光学单元中,作为用于去除附着于保护罩的表面的异物的去除单元,说明了振动体、旋转机构、喷出装置,但是并不限定于此。去除单元只要能够去除附着于保护罩的表面的异物即可,可以是任意的结构,例如也可以是通过雨刷等来物理地去除异物的机构。

应该认为本次公开的实施方式在所有方面是例示而非限制性的。本发明的范围通过权利要求书来表示,而不是通过上述的说明来表示,意图包括与权利要求书等同的意义和范围内的所有变更。

附图标记说明

1:光学传感器;10:光学装置;11:壳体;12:保护罩;13:振动体;14:激振电路;15a、15b:线状构件;16:面状构件;17a~17d:加热器;19:喷出装置;100:光学单元。

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