本技术领域总体上涉及具有自清洁窗或透镜的光学装置，且更具体而言涉及汽车中具有用以改善驾驶员视野的自清洁窗或透镜的光学装置。
背景技术：
使驾驶员能够监控汽车周围环境的传统视觉手段包括外部安装的前照灯(即安装在汽车乘客车厢外部)、外部安装的侧视镜和内部安装的后视镜(即安装在汽车乘客车厢内)。现代汽车通常利用外部安装的后视镜或备份视频摄像头作为视觉辅助以供驾驶员通过仪表板或仪表盘上呈现的实时视频显示来观察。现代汽车通常还包括外部安装的传感器，诸如发射和接收红外(ir)光的红外传感器，以用于通过视觉、听觉或触觉警报提醒驾驶员接近障碍物或有靠近的车辆或行人。
无论是发射光的前照灯、反射光的反射镜、接收可见光的摄像头还是发射和接收红外光的传感器，安装在车上的光学装置都包括由玻璃或透明塑料(诸如聚碳酸酯或者丙烯酸)制成的窗或透镜。根据使用情况，这些窗可包括多个层以降低眩光或不期望的反射。通常将窗安装或以其他方式联接到联接至汽车的壳体上。
在使用期间，窗可能会蒙上灰尘或其他微粒，这可能会阻碍期望的光透射通过窗或从窗反射。举例而言，在下雪的天气里，盐、砂、灰或其他物质可能会沉积在道路表面以有助于雪和冰熔化并且增加摩擦力。因此，可能会形成泥浆且其会沉积在行驶在这种道路上的车辆的外表面上。甚至在前照灯窗上的泥浆薄层也会显著降低前照灯的表观烛光。类似地，在特定光学装置窗上的泥浆、污垢、灰尘或其他障碍物会使反射镜、摄像头和传感器实际上变得无用。
一些制造商已在光学装置窗上配备具有专用擦具的光学装置。然而，这样的擦具可能不适合小型窗，诸如反射镜、摄像头或传感器。而且，这样的擦具可能不起作用或容易破碎或发生故障。即使成功地消除了窗上的障碍物，这样的擦具增加了制造成本并且会提高汽车保养的成本和复杂性。
因此，期望提供改良的光学装置，诸如自清洁光学设备。除此之外，期望提供具有自清洁光学设备的汽车。进一步而言，结合附图以及前面的技术领域和背景技术，从后面的详细描述和所附权利要求书中可清楚本发明的其他期望特征及特性。
技术实现要素：
本发明提供自清洁光学设备和具有自清洁光学设备的汽车。示例性自清洁光学设备包括用于透射或接收可见光的光学装置。光学装置位于腔室内。自清洁光学设备还包括用于透射可见光的窗。自清洁光学设备还包括在窗表面上的光催化涂层。从腔室内发射的能量激活光催化涂层中的光催化反应。
在另一实施例中，自清洁光学设备包括壳体和窗，窗联接至壳体并配置成反射或透射可见光。自清洁光学设备进一步包括在玻璃表面上的光催化涂层。自清洁光学设备还包括能量产生装置，能量产生装置连接到壳体并配置成将能量引导至窗表面上的光催化涂层处。该能量激活光催化涂层中的光催化反应。
在另一实施例中，提供具有自清洁光学设备的汽车。汽车包括车身和联接至车身并形成腔室的壳体。汽车包括位于腔室内并配置成接收可见和/或红外(ir)光的光学装置。汽车进一步包括窗，窗限定腔室并配置成使可见/红外光透射至光学装置。汽车还包括在窗表面上的光催化涂层。汽车进一步包括紫外光(uv)产生装置，其联接至壳体并配置成将uv光能量引导至窗表面上的光催化涂层。uv光能量激活光催化涂层中的光催化反应。
提供本发明内容是为了以简单的形式介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的一些构想。本发明内容并不意欲识别要求保护的主题的关键特征或重要特征，也不意欲被用来辅助确定要求保护的主题的范围。
附图说明
在下文将结合附图描述实施例，其中相同的附图标记表示同样的元件，且其中：
图1为根据实施例的具有自清洁光学设备的汽车的示意图；
图2为根据实施例的图1的自清洁光学设备的剖视图；
图3为根据另一实施例的图1的自清洁光学设备的剖视图；
图4为根据另一实施例的图1的自清洁光学设备的剖视图；以及
图5为根据实施例的图2至图4的自清洁光学设备的窗的剖视图。
具体实施方式
以下的详细描述实质上仅仅是示例性的且并不意欲限制于本文所述的实施例的自清洁光学设备、具有自清洁光学设备的汽车、或其应用和使用。另外，不存在被任何前述的技术领域、背景、摘要或者下面的具体实施方式中提出的任何表述或暗示的理论约束的意图。
以下说明涉及经“连接”或“联接”到一起的元件或特征。这里所使用的“连接”是指一个元件/特征机械连接到另一元件/特征(或与之直接通信)，且不必经直接连接。类似的，“联接”是指一个元件/特征直接或间接连接到另一元件/特征(或与之直接或间接通信)，且不必是机械地连接。然而，应当明白，尽管下文在一个实施例中描述两个元件为“连接”，但在可选实施例中，相同的元件可描述为“联接”，反之亦然。因此，尽管本文所示的示意图描述了示例性的元件配置，但在实际的实施例中可存在另外的插入元件、装置、特征或组件。
此外，本文所述的各种组件和特征可涉及使用具体数字描述符(诸如第一、第二、第三等)以及位置和/或角度描述符(诸如水平和垂直)。然而，这样的描述符仅用于与附图有关的描述的目的且不应视为限制性的，因为在其他实施例中可重新配置不同的组件。同样应明白，图1至图5仅为示意性的，并不是按比例绘制。
图1示出了根据本文实施例具有自清洁光学设备20的车辆(“汽车”)10。汽车10可为多个不同类型汽车中的任意一种，诸如(例如)轿车、货车、卡车或运动型多功能车(suv)。
在图1的实施例中，自清洁光学设备20可以是外部安装的后视镜或备份视频摄像头21；传感器22，诸如红外传感器；外部安装的侧视镜23；和/或前照灯24。不论用作摄像头21、传感器22、视镜23还是前照灯24，自清洁光学设备20的每一配置均包括联接至汽车10的车身40的壳体30。
图2示出了示例性自清洁光学设备20的剖面图。如图所示，图2的示例性自清洁光学设备20包括围绕腔室52的壳体30。光学装置54位于腔室52内。示例性光学装置54为接收和记录可见光的摄像头传感器、发射可见光的灯，或发射和接收红外光的传感器。自清洁光学设备20可包括期望利用的其他类型的光学装置54。如图所示，电连接56可联接至光学装置54并且延伸出腔室52外至其他地方提供的信号处理装置和/或电源。
壳体30进一步限定开口58，光可通过该开口进入/离开腔室52。如图2所示，窗60定位于开口58中以保护腔室52中的组件。窗60可增强汽车10的空气动力学。示例性窗60由透明材料形成，诸如玻璃或者诸如聚碳酸酯的塑料。窗60可包括多个透明材料层且可包括在这样的层之间形成真空或填充有气体的间隙。窗60可形成为透镜，用于将光引导或折射以聚焦。
无论窗60的具体结构如何，窗60都具有外表面62和相对的内表面64。在图2的实施例中，可以认为是内表面64封闭腔室52，从而使得窗60位于腔室52的外面或外部。或者，可以认为是外表面62封闭腔室52，从而使得窗60位于腔室52内。在图2的示例性实施例中，在窗60与壳体30之间设置密封件66(诸如o型环)以密封腔室52并防止水或其他碎屑进入腔室52内。
在图2的实施例中，自清洁光学设备20进一步包括位于窗60的外表面62和/或内表面64上的光催化涂层70。在窗60的外表面62上的光催化涂层70参照其相对于腔室52的位置可认为是外部光催化涂层。在窗60的内表面64上的光催化涂层70参照其相对于腔室52的位置可认为是内部光催化涂层。
示例性光催化涂层70是透明的导电氧化物。例如，光催化涂层70可以包括二氧化钛(tio2)、或其他金属氧化物，诸如氧化锌(zno))、氧化锡(sno2)或氧化铈(ceo2)。二氧化钛，尤其当其至少部分为“锐钛矿”结晶形式的晶体时，在辐射的作用下，尤其在紫外线辐射的作用下，其用于催化通过自由基反应进行的有机分子的氧化。这样的氧化导致有机分子的降解。
由光催化涂层70提供的催化氧化的根本的物理机制为在辐射的作用下产生电子空穴对，其中的能量大于或等于在二氧化钛的价带与传导带之间的能量“带隙”。带隙为约3.2至约3.3ev的玻璃上的二氧化钛涂层吸收波长在约375至约386纳米范围内的紫外光光子，从而在二氧化钛的价带中产生被称为强氧化组织的正空穴。
这样的光催化涂层也具有光诱发的亲水特性，从而赋予涂层材料自清洁功能。使涂层表面具有亲水性事实上使得易于(例如)通过雨水清洁有机废物和无机灰尘两者。该亲水性能还赋予涂层材料防雾作用，因为水易于在涂层材料上形成透明膜而非离散的液滴。光催化二氧化钛涂层可由各种沉积方法形成，例如通过化学气相沉积(cvd)、阴极溅射沉积或“溶胶-凝胶”法形成。
在图2的实施例中，自清洁光学设备20进一步包括能量产生装置76，诸如光能产生装置或光产生装置。示例性光能产生装置76产生紫外光，但也可产生其他的光能，只要其适合支持光催化涂层通过有机分子的自由基反应进行催化氧化。在示例性实施例中，光产生装置76为一个或多个发光二极管(led)。这样的光产生装置76具有低的功率消耗但提供足够的光能以支持光催化涂层70的光催化活性。
光产生装置76可定向成以期望的角度将光引导至窗60的外表面62上的光催化涂层70和/或内表面64上的光催化涂层70。或者，自清洁光学设备20可配备一个或多个联接至光产生装置76的光波导78，用于将自装置76发射的光能以期望的角度引导至窗60的外表面62上的光催化涂层70和/或内表面64上的光催化涂层70上。举例而言，光波导可包括光纤细丝。在示例性实施例中，光波导为环形(即圆周形)并且位于窗60的边缘外部。在某些实施例中，自清洁光学设备20可包括第一光产生装置76，其专用于将自其发射的光能引导至窗60的外表面62上的光催化涂层70上；以及第二光产生装置76，其专用于将自其发射的光能引导至窗60的内表面64上的光催化涂层70上。这样的实施例可包括第一和第二光波导以将光引导至各自的外部或内部光催化涂层70上。
图3示出替代性实施例的剖面图，其中自清洁光学设备20未分离地配备光学装置54和光产生装置76，即未配备图2中的专用光产生装置76。相反，在图3中，光学装置54自身就是光产生装置76。例如，图3中的光学装置54为产生和透射光的前照灯。应注意，现代的前照灯发射可见光和紫外光。
如图所示，图3的示例性自清洁光学设备20包括围绕腔室52的壳体30和窗60。光学装置54位于腔室52内且安装到壳体30上。如图所示，光催化涂层70位于窗60的外表面62和内表面64上。或者，光催化涂层70可仅位于表面62或64之一者上。示例性光催化涂层70为透明的导电氧化物，诸如二氧化钛(tio2)。在使用期间，来自光学装置54的紫外光支持光催化涂层70通过有机分子的自由基反应进行催化氧化。来自光学装置54的可见光可透射通过窗60从而照亮汽车10(图1中所示)周围的区域。
交叉参考图2和图3可见，图2中的自清洁光学设备20的实施例包括分离的光能产生装置76，以提供能量给光催化涂层70用于支持氧化和自清洁。或者，在图3的实施例中，光学装置54为前照灯，其透射可见光用于照明，并且透射紫外光以提供能量给光催化涂层70用于支持氧化和自清洁。
图4示出另一可选实施例的剖面图，其中自清洁光学设备20未配备分离的光学装置54和窗60。相反，在图4中，光学装置54为由窗60形成的反射镜且包括反射外表面62。
如图所示，图4的示例性自清洁光学设备20包括壳体30。壳体包围腔室52，腔室中置有光学装置54。如图所示，光催化涂层70位于光学装置54的窗60的反射外表面62上。示例性光催化涂层70为透明的导电氧化物，诸如二氧化钛(tio2)。
此外，自清洁光学设备20包括光产生装置76。如图所示，光产生装置76联接至壳体30且定向成将光引导至光催化涂层70上。示例性光产生装置76产生紫外光。示例性光产生装置76为一个或多个发光二极管(led)。在示例性实施例中，自清洁光学设备20包括光波导78以将来自光产生装置76的光引导至光催化涂层70上。示例性光波导78为环形并且围绕反射窗60的边缘。示例性光波导78可以引导紫外光沿反射镜边缘朝向反射窗60。在示例性实施例中，光波导78可以沿反射镜边缘与反射窗60直接接触。若图4的实施例中未使用光波导78，则光产生装置76与反射窗60沿反射镜边缘直接接触以将光引导至光催化涂层70上。
交叉参考图4与图2、图3可见，图4中的自清洁光学设备20的实施例将能量从腔室52的外部位置而非腔室52的内部引导至窗60的外表面62。如图2和图3，光产生装置76自身可置于腔室52内。然而，在图4中，光能从腔室52外部位置(即外表面62的外侧上)透射到窗60的外表面62上。
图5示出了示例性自清洁光学设备20的窗60的更详细的剖面图。如图所示，窗60包括形成透明基板84的一个或多个透明层。在图5中，窗60进一步包括低折射率涂层86。如本文中所用，“低折射率涂层”具有约1.3或更小的折射率。示例性低折射率涂层可由介电材料堆叠形成。在某些实施例中，这样的涂层86可用于反射从光产生装置76(如图2至4中所示)发射的光。例如，对于利用摄像头作为光学装置54的图2的实施例而言，从光产生装置76发射的光可在腔室52内反射且随后反射回来与光催化涂层70接触。通过避免从光产生装置76发射的光穿过窗60(且受损)，提高光产生光催化活性的转换效率。应注意，在腔室52内反射的紫外光对通过光学装置54成像可见光的摄像头不会有任何负面影响。
如图所示，光催化涂层70置于窗60的外表面62上以及窗60的内表面64(由低折射率涂层86形成)上。在示例性实施例中，光催化涂层70可置于表面62或64中任一者或两者上。图5进一步示出了将光从内部光源(诸如置于图2或3的实施例的自清洁光学设备20的腔室52内的光产生装置)引导至内表面64上的光催化涂层70上的入射角92。图5进一步示出了将光从内部光源(诸如置于图2或3的实施例的自清洁光学设备20的腔室52内的光产生装置)引导至外表面62上的光催化涂层70上的入射角94。图5还示出了将光从外部光源(诸如图4的实施例的自清洁光学设备20的光产生装置)引导至外表面62上的光催化涂层70上的入射角96。
在本文的自清洁光学设备20的实施例中，可以预期入射角92、入射角94和/或入射角96均大于约0°。可以进一步预期入射角92、入射角94和/或入射角96小于约90°，诸如小于约30°、小于约25°、小于约20°、小于约15°或小于约10°。已发现以期望的入射角将光引导至光催化涂层70上提高了光产生光催化活性的转换效率。
本文提供的实施例提供改良的自清洁光学设备，其具有可能会被污垢、灰尘、颗粒物或其他碎屑遮挡的窗或透镜。包含专用能量产生装置以支持催化反应在夜间尤其有利，此时无太阳能可用于朝下或以其他方式不被太阳照射的窗或透镜。同样，本文的实施例尤其适合清洁窗或透镜上的大或厚的堆积物，其中阳光被完全挡住且不能到达窗或透镜。
对于其中光学装置54为前照灯的实施例，诸如图3，通过外表面上的涂层的光催化活性，窗60的外表面62可保持清洁无碎屑。对于这样的实施例，通过内表面上的涂层的光催化活性进一步阻止或最小化窗60的内表面上的冷凝。对于其中光学装置54为反射镜的实施例，诸如图4，通过外表面62上的涂层的光催化活性，反射镜(窗)的外反射表面62可保持清洁无碎屑和冷凝。
虽然在前面的具体实施方式中列出了至少一个示例性实施方案，但是应当明白存在大量的变化方案。还应当明白，示例性的一个或多个实施例仅作为例子，而不期望以任何方式限制本公开的范畴、适用性或配置。相反，前面的详细说明将给本领域的技术人员提供用于实现一个或多个示例性实施例的便利的指引。应当理解，在不脱离所附权利要求书及其等效方案所阐述的本发明范畴的情况下，可以在元件的功能和设置方面作出各种改变。