CN118401321A - 用于清洁光学表面的超声清洁装置的保护组件，包括由电磁波吸收材料制成的覆盖件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于清洁组件的保护组件，该清洁组件包括清洁单元和光学表面(100)，其中，该清洁单元包括要声学地耦接至该光学表面(100)的至少一个波换能器(105)。该保护组件包括机械保护元件(301)，该机械保护元件被配置成覆盖该波换能器，使得该波换能器处于该机械保护元件与该光学表面之间。该保护组件进一步包括由电磁波吸收材料制成的覆盖件(301；302；303；310；320)，所述覆盖件能够限制该清洁组件外部的来自该波换能器的电磁辐射。

Description

用于清洁光学表面的超声清洁装置的保护组件，包括由电磁 波吸收材料制成的覆盖件

本发明涉及一种清洁组件的保护组件，该清洁组件包括清洁单元和光学表面，该清洁组件被配置成借助于超声波来清洁与光学表面接触的主体。

在各种领域中，有必要克服与主体(尤其是雨滴、冰或雪)在光学表面上的积聚相关联的影响。

已知的实践是致使液体的液滴旋转，以便将它们从表面去除。然而，这种技术不适用于面积大于几平方厘米的表面。

例如从KR 2018 0086173 A1中还已知使用电场来控制表面的疏水性质。以首字母缩略词EWOD(其代表器件上电润湿，ElectroWeting On Device)已知的这种技术包括在两个电极之间施加电势差，从而使表面电极化并且改变其润湿性质。通过控制极化的位置，则可以移动液滴。然而，这种技术仅可以用特定材料来实现，并且需要将电极特别精确地定位在要控制润湿性质的整个表面上。

还众所周知的实践是例如借助于机动车辆的挡风玻璃上的雨刮器向液体施加机械力。然而，雨刮器限制了驾驶员可得到的视野。它还铺展开了沉积在挡风玻璃表面上的油污颗粒。另外，雨刮片橡胶件需要定期更换。

此外，自主机动车辆包括大量的传感器来确定道路上其他车辆的距离和速度。这种传感器(例如，激光雷达)也经受天气和泥溅并且需要频繁清洁。然而，挡风玻璃雨刮器不适用于清洁这种传感器的小面积。另外，这种传感器需要是紧凑的，以便容易集成在车辆内。US2016/0170203 A1描述了一种用于使用超声波清洁车辆上的相机的装置。

然而，这种系统倾向于引起干扰，特别是当它们车载在包括被适配成执行其他车辆功能(车辆中的人机界面、驾驶辅助、照明等)的装置的车辆上时。具体而言，超声波的产生通常基于由电流供电的压电元件，这些电流产生了可能影响位于附近的其他装置的电磁场。

因此，需要从光学表面高效地去除主体、特别是液体，而不扰乱邻近装置的操作。

本发明涉及一种清洁组件的保护组件，该清洁组件包括清洁单元和光学表面，该清洁单元包括旨在声学地耦接至该光学表面的至少一个波换能器，该保护组件包括机械保护元件，该机械保护元件被配置成覆盖该波换能器，使得该波换能器处于该机械保护元件与该光学表面之间，该保护组件包括由电磁波吸收材料制成的覆盖件，所述覆盖件被适配成限制该清洁组件外部的来自该波换能器的电磁辐射。

因而，限制由该换能器产生的电磁场使得能够避免负面地影响位于该清洁组件附近并执行其他功能或相同功能的其他装置的操作。

根据一个实施例，由电磁波吸收材料制成的该覆盖件至少部分地施加到该机械保护元件的面向该换能器的内部面或者至少部分地施加到该机械保护元件的背向该换能器的外部面；和/或被配置成至少部分地施加到该光学表面的在该光学表面与该换能器之间的面、或者至少部分地施加到该光学表面的背向该换能器的面。

因而，由电磁波吸收材料制成的该覆盖件可以附连至执行除限制该换能器的电磁场之外的功能的零部件，这使得能够减少清洁组件的零部件的数量，因而减少与清洁组件相关联的体积和成本。

另外，由电磁波吸收材料制成的该覆盖件可以被配置成施加到该光学表面的其上放置该换能器的压电元件的面，并且其中，由电磁波吸收材料制成的该覆盖件可以被适配成确保该光学表面与该压电元件之间的粘附。

因而，限制该换能器的电磁辐射和附接到该光学表面的功能是共享的。

另外或作为替代方案，该保护组件可以包括布置在该机械保护元件上的第一电磁波吸收覆盖件以及被配置成布置在该光学表面上的第二电磁波吸收覆盖件，该第一金属覆盖件和该第二覆盖件被配置成形成法拉第笼。

因而，对来自该换能器的电磁辐射的限制被最大化。

根据一个实施例，该机械保护元件可以包括由该电磁波吸收覆盖件覆盖的塑料帽或包括由构成该覆盖件的电磁波吸收材料制成的帽。

因而，限制该换能器的电磁辐射和对该换能器进行机械保护的功能是共享的。

根据一个实施例，该金属覆盖件可以是金属网，其中，网大小是基于由该换能器产生的波的参数来限定的。

这种实施例使得能够使该保护组件重量更轻。

根据一个实施例，该保护组件可以进一步包括附接元件，该附接元件被配置成放置在该机械保护元件与该光学表面之间，该附接元件包括粘合泡沫。

替代性地，该保护组件可以进一步包括附接元件，该附接元件被配置成放置在该机械保护元件与该光学表面之间，该附接元件包括粘合剂。

作为另一替代方案，该保护组件可以进一步包括附接元件，该附接元件被配置成放置在该机械保护元件与该光学表面之间，该附接元件包括粘合膜。

这种实施例使得更容易将该机械保护元件附接至该光学表面，同时允许密封该清洁组件。

本发明的第二方面涉及一种用于清洁光学表面的清洁单元，该清洁单元包括旨在声学地耦接至该光学表面的至少一个波换能器，该波换能器包括压电元件以及与该压电元件接触的具有相反极性的电极并且被配置成产生在该光学表面中传播的至少一个超声波；以及根据本发明的第一方面的保护组件。

本发明的第三方面涉及一种清洁组件，该清洁组件包括：

-光学表面；

-根据本发明的第二方面的用于清洁该光学表面的清洁单元。

根据本发明的一个实施例，该光学表面可以是以下之一：

-机动车辆表面，该机动车辆表面例如选自车辆的挡风玻璃和后视镜的嵌装玻璃；

-光学装置的表面，该光学装置例如选自相机镜片、一副眼镜的镜片以及传感器、特别是探针(例如皮托管)，或

-这种光学装置的保护元件。

本发明的其他特征和优点将从以下说明中并且从借助于参照所附示意图的非限制性指示而给出的若干示例性实施例两者中变得清楚，在附图中：

[图1]图1示出了根据本发明的实施例的清洁组件的截面视图；

[图2]图2是根据本发明的实施例的清洁组件的清洁单元的换能器的三维视图；

[图3a]图3a描绘了根据本发明的第一实施例的清洁组件的保护组件的密封元件；

[图3b]图3b描绘了根据本发明的第二实施例的清洁组件的保护组件的密封元件；

[图3c]图3c描绘了根据本发明的第三实施例的清洁组件的保护组件的密封元件。

首先应注意的是，虽然附图详细阐述了本发明的实现方式，但是当然，如果必要的话，这些附图可以用于更好地定义本发明。还应注意的是，在所有的附图中，相似的和/或执行相同功能的元件由相同的编号指示。

图1描绘了根据本发明的实施例的清洁组件300，该清洁组件包括：

-光学表面100；

-用于清洁光学表面100的清洁单元，该清洁单元包括换能器105，该换能器包括衬底110、第一电极120和第二电极130。电极120和130覆盖衬底的第一面。在图1中，衬底处于电极120和130与光学表面100之间。然而，替代性地，电极120和130可以处于衬底110与光学表面100之间。

衬底110是压电元件，包括例如128°Y切型铌酸锂或任何其他压电材料。衬底110可以具有板的形状，该板具有的厚度小于或等于500微米(μm)。

第一电极120和第二电极130可以连接至为其供电的电压发生器(图1中未示出)。

在所示的示例中，光学表面100采取板的形式并且具有与外部环境接触的上部面170。然而，对光学表面100的形状(其可以特别地是弯曲的)不施以限制。在所示的示例中，该光学表面被主体160(例如，比如水膜)覆盖。对主体160不施以限制，该主体可以是固体，比如昆虫、脂肪主体和/或除水之外的液体主体。主体可以具有呈固态的部分和呈液态的部分。例如，主体可以是水，并且由霜、冰或雪部分以及相应地与霜、冰或雪部分接触的液体部分形成。

呈液态的主体可以呈至少一个液滴或至少一层膜的形式。“膜”意指形成在光学表面100上的薄膜。膜可以是连续的或不连续的。

主体可以是水性的。特别地，该主体可以是雨水或露水。雨水和/或露水可以特别地包含颗粒。露水在支撑物的表面上形成雾气。这起因于在适当的压力和温度条件下，空气中包含的呈蒸汽形式的水在支撑物上的凝结。在凝固在支撑物上之前，主体160可能已经通过凝结而沉积。

呈固态的主体可以是霜、冰或雪。呈液态的主体可以是一层或至少一个液滴，例如雾气。

主体160可以与光学表面100的附接有换能器105的上部面170接触，或者与光学表面100的附接有换能器的面170相反的面接触。主体170可以与光学表面100的附接有换能器105的面接触，并且另一主体可以与相反的面接触。

为了制造这种装置，第一电极和第二电极可以通过蒸发或喷涂过程形成并且通过光刻法成形。第一电极和第二电极可以由铬、或铝、或比如钛等粘附促进层与比如金等传导层的组合制成。

如图2所示，第一电极120和第二电极130形成梳状件。然而，根据本发明，对第一电极120和第二电极130的形状不施以限制。

每个梳状件具有一个基部和从基部彼此平行延伸的一排指部。第一梳状件和第二梳状件是交错的。第一梳状件的每个指部(相应地第二梳状件的每个指部)可以具有在图1中指示的宽度180，该宽度等于超声波的基波长除以4，并且梳状件的两个连续指部之间的间距190确定换能器105的谐振频率，该谐振频率是本领域技术人员可以容易确定的。由发生器施加交流电压，使得换能器产生表面超声波。

对于液体主体160，合成的基频在0.1MHz与1000MHz之间、优选地在10MHz与100MHz之间、例如等于40MHz的表面波的换能器105非常适合于确保液体主体160的移动。在水膜呈冰或霜的形式的替代形式中，换能器也非常适合于通过施加表面声波的能量并且传递其产生的热量来使水膜融化。

在表面处产生的波可以具有小于500nm、尤其小于100nm、或甚至小于10nm的振幅。

换能器105可以尤其借助于也将换能器105声学地耦接至光学表面100的聚合物粘合剂来结合至光学表面100。粘合剂可以是可UV固化的。例如，该粘合剂是环氧树脂。换能器105可以通过分子粘附或借助于薄金属层来附接，该薄金属层提供光学表面100与衬底110之间的粘附。该层可以由具有低熔点(即，具有低于200℃的熔点)的金属或合金(例如，铟合金)制成。作为替代方案，金属层可以由具有高于200℃的熔点的金属或合金(例如，铝和/或金合金)制成。在“经由两步等离子激活的低温直接结合方法形成的Glass-on-LiNbO₃异质结构[Glass-on-LiNbO₃ heterostructure formed via a two-step plasma activatedlow-temperature direct bonding method]”(J.Xu等人,Applied Surface Science 459(2018)621–629,doi:10.1016/j.apsusc.2018.08.031)中描述了经由分子粘附结合的示例。根据另一个替代方案，换能器105可以借助于包括以下步骤的过程附接至光学表面100：熔化衬底110的一部分和/或光学表面100的一部分的步骤；随后是包括将衬底110和光学表面100压缩在一起的步骤，光学表面100和衬底110的相应熔化部分彼此接触。根据另一替代方案，换能器105可以借助于以下过程附接至光学表面100，该过程包括：将由低熔点合金制成的结合层相应地沉积在换能器105的一部分上和光学表面100的一部分上；至少部分地熔化所述结合层；然后压缩衬底110和光学表面100，这些结合层的与面向光学表面100和衬底110的那些面相反的面在该压缩过程中彼此接触。

可以通过阴极溅射或使用在薄层施加领域中使用的蒸发技术来施加这些结合层。

以上提出的元件不能确保对位于清洁组件300附近并提供其他功能或相同功能的其他装置进行保护以免受由换能器105产生的电磁场。

根据本发明的清洁组件300进一步包括保护组件，该保护组件包括：

-用于保护波换能器105的机械保护元件301，换能器105处于机械保护元件301与光学表面100之间；

-由电磁波吸收材料(比如金属材料)制成的至少一个覆盖件302、303、310或320，该至少一个覆盖件被适配成限制清洁组件外部的来自波换能器的电磁辐射。

本发明适用于具有吸收电磁波的性质的任何材料。例如，作为金属材料的替代方案，覆盖件可以包括印刷有呈至少一个图案的至少一种传导油墨的织物层，该图案包括呈适合于对应吸收频率范围的布置的印刷区和非印刷区。在下文中，仅仅借助于说明的方式，认为吸收电磁波的材料是金属材料。

保护组件的覆盖件可以包括：

-机械保护元件301的朝向换能器105定向的内部金属层302，和/或机械保护元件的在机械保护元件301的背向换能器105的面上的外部金属层303。机械保护元件301可以包括由非金属材料(例如，塑料)制成的主体以及金属覆盖件301和302中的一个和/或另一个。在替代方案中，机械保护元件301本身可以由金属制成，并且因而自身构成金属覆盖元件，在这种情况下，不添加金属覆盖件301和302中的任一个；和/或

-在光学表面100的背向换能器105的面360上的金属层320、或者用来将衬底110连结至光学表面100的金属层310，如上文中所述。因而，当提供金属层110以将衬底110连结至光学表面100时，也不需要提供金属层320。然而，当衬底110与光学表面100之间的连结是非金属的时，更容易将金属层320施加到面360。

有利地，金属连结层310可以具有大于衬底110的表面积的表面积，如图1中所描绘的。因而，限制了朝向光学表面100的面360指向的电磁辐射。

应注意，该金属覆盖件或这些金属覆盖件可以是连续的金属层或不连续的金属层，比如网，网大小根据由换能器105产生的超声波的参数(比如尤其是超声波的频率或波长)来确定。这种确定是众所周知的并且不再进一步描述。

对机械保护元件301不施以限制，该机械保护元件优选地是刚性的。

对机械保护元件301的形状不施以限制。在图1中，机械保护元件301取决于其在光学表面100的平面中的尺寸而采取长方体或立方体的形式。用于机械保护元件301与光学表面100之间的接触的接触表面因此是矩形或正方形。然而，作为替代方案，机械保护元件301可以是抛物线形的，并且其用于与光学表面100接触的接触表面因此是圆形或椭圆形。

机械保护元件301可以进一步包括开口325，该开口能够允许超声波在光学表面100上传播出保护组件。

有利地，清洁组件300的保护组件包括与机械保护元件301相关联的金属覆盖件302或303以及与光学表面100相关联的金属覆盖元件310或320，其方式为除了开口325之外构成法拉第笼。因此，将更好地理解小的大小的开口325的益处，以便限制到清洁组件300外部的电磁损失。因而，清洁组件300可以定位在具有其他功能的其他装置附近，而不扰乱其操作。

保护组件可以进一步包括在开口325的附近区域中的密封元件，该密封元件在图1中未描绘但参考图3a至图3c描述，并且能够限制液体通过开口325。

此外，对开口325的形状不施以限制。例如，该开口可以是在构成用于机械保护元件301与光学表面100之间的接触的接触表面的矩形或正方形的一侧的全部或一部分上延伸的矩形槽缝。这尤其是在沿由换能器105产生的超声波的传播方向D定向的一侧上，其方式为允许超声波沿传播方向D传播出保护组件。当用于光学表面100与机械保护元件301之间的接触的接触表面是圆形或椭圆形时，开口325可以在圆形或椭圆形的一部分上、尤其是位于沿传播方向D传播的超声波的路径上的一部分上延伸。

开口325尤其限定机械保护元件301与光学表面100之间的空间335，空间335的尺寸大于由换能器105产生的超声波的振幅的一半，其方式为允许波通过。

然而，开口325的大小需要被限制，从而使得更容易地维持机械保护元件301的内部的流体密封性；例如，该大小需要小于100微米(micrometer)。

因而，开口325有利地使得给予换能器105的机械保护能够最大化，同时允许超声波沿传播方向D穿过。

例如，距离335可以大于10纳米(nanometer)，例如，等于20或30纳米(nanometer)。作为替代方案，距离335可以大于10微米(micrometer)，例如，等于20或30微米(micrometer)。

如图1所示，可以在衬底与保护元件301之间设置非零距离350，其方式为使得在所产生的超声波在到达光学表面100之前在衬底110的上表面上行进时不扰乱该超声波。为此目的，距离350可以大于10纳米(nanometer)、或甚至大于100nm、或甚至大于500nm。

当电极120和130处于衬底110与光学表面100之间时，距离350可以是零，只要衬底110的厚度大于所产生的超声波的振幅的一半即可。因而，与清洁组件300相关联的体积减小。

图1还描绘了开口325的附近区域330，该附近区域限定了位于开口325附近的位置。这个附近区域330的大小可以变化，并且可以尤其取决于开口的大小以及机械保护元件的尺寸和形状。例如，附近区域330可以由位于距离开口325小于预定距离的空间中的任何点组成。预定距离可以是机械保护元件301的尺寸的分数，比如机械保护元件301的水平尺寸(也就是说，平行于光学表面100的平面的尺寸)的五分之一、十分之一或二十分之一。

密封元件有利地位于开口325的附近区域330中，其方式为改善清洁组件300的保护组件的内部与外部之间的流体密封性。

机械保护元件301经由用于附接保护组件的附接元件340附接至光学表面100，该附接元件可以是粘合剂、粘合膜或粘合泡沫。除了对应于开口325的接触表面之外，附接元件可以尤其铺展在用于机械保护元件301与光学表面100之间的接触的接触表面处，图3c的实施例中除外，这将在后面描述。例如，附接元件340可以在形成接触表面的矩形或正方形的三侧上铺展，除了沿所产生的超声波从衬底110的传播方向D定向的一侧之外。

图3a示出了根据第一实施例的放置在开口325的附近区域330中的密封元件。

密封元件是以堵塞开口325的方式布置在该开口中的橡胶部件401，该橡胶部件连接至机械保护元件301并且与光学表面100接触。与光学表面100的接触可以是线性接触，其方式为使得部件401更容易变形，以便允许超声波通过。密封元件因而使得能够改善清洁组件300的流体密封性，从而保护换能器105，同时允许所产生的超声波沿方向D通至清洁组件300的保护组件301的外部。

部件401可以具有如图3a所描绘的三角形截面，以便使得更容易附接至机械保护元件301，同时确保与光学表面100的线性接触。部件401沿方向D可以具有小于2mm、尤其小于1mm或甚至小于500μm的最大厚度。

图3b示出了根据第二实施例的放置在开口325的附近区域330中的密封元件402。

根据第二实施例的密封元件402是光学表面100的布置在机械保护元件301的开口325的附近区域中的疏水或超疏水涂层402。该涂层优选地至少部分地布置在光学表面上在开口的紧邻附近区域中，并且至少沿传播方向D布置在机械保护元件301的外部。作为优选，疏水或超疏水涂层402布置在面向开口325的光学表面上。

作为替代方案或另外，疏水或超疏水涂层402布置在机械保护元件301的形成开口325的壁上。

疏水或超疏水涂层402使得能够改善清洁组件的密封，从而在不影响所产生的超声波沿传播方向D朝向机械保护元件301的外部通过的情况下保护换能器105。

图3c示出了根据第三实施例的放置在开口325的附近区域330中的密封元件。根据第三实施例，密封元件执行将机械保护元件301附接至光学表面的功能。密封元件可以尤其是粘合剂或粘合泡沫403，该粘合剂或粘合泡沫的性质允许超声波穿过其。特别地，与密封元件相关联的硬度大于预定阈值硬度，从而减少对穿过密封元件的超声波的吸收。粘合剂或粘合泡沫403沿方向D可以具有小于2mm、尤其小于1mm或甚至小于500μm的最大宽度。粘合剂或粘合泡沫403沿垂直于传播方向D的方向可以具有小于3mm、尤其小于1mm或甚至小于500μm的最大厚度。

密封元件因而可以与上文中阐述的附接元件340形成同一元件。因而，在将泡沫或粘合剂铺展在整个接触表面上以用于机械保护元件301与光学表面100之间的接触的同一步骤中附接机械保护元件301。

也可以结合上文中阐述的密封元件。特别地，疏水或超疏水涂层402可以与橡胶部件401或与粘合泡沫或粘合剂403结合使用。

应注意，根据本发明的清洁组件300可以包括例如沿不同方向定向的若干个换能器105。每个换能器105可以包括专用的机械保护元件301和如上文中所述的密封元件。

作为替代方案，机械保护元件301可以在若干个换能器105之间共享。机械保护元件则可以包括：

-在各个换能器105之间共享的开口325，具有共用的密封元件；

-用于每个换能器105的开口325，具有布置在每个开口325的附近区域中的密封元件。

当然，本发明不限于刚刚所描述的示例，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以对这些示例进行许多修改。

Claims (10)

1.一种清洁组件的保护组件，所述清洁组件包括清洁单元和光学表面(100)，所述清洁单元包括旨在声学地耦接至所述光学表面(100)的至少一个波换能器(105)，所述保护组件包括机械保护元件(301)，所述机械保护元件被配置成覆盖所述波换能器，使得所述波换能器处于所述机械保护元件与所述光学表面之间，

所述保护组件包括由电磁波吸收材料制成的覆盖件(301；302；303；310；320)，所述覆盖件被适配成限制所述清洁组件外部的来自所述波换能器的电磁辐射。

2.如权利要求1所述的保护组件，其中，由电磁波吸收材料制成的所述覆盖件(302；303；310；320)至少部分地施加到所述机械保护元件(301)的面向所述换能器(105)的内部面或者至少部分地施加到所述机械保护元件的背向所述换能器的外部面；和/或被配置成至少部分地施加到所述光学表面的在所述光学表面与所述换能器之间的面(170)、或者至少部分地施加到所述光学表面的背向所述换能器的面(360)。

3.如权利要求2所述的保护组件，其中，由电磁波吸收材料制成的所述覆盖件被配置成施加到所述光学表面的其上旨在放置所述换能器(105)的压电元件(110)的面(170)，并且其中，由电磁波吸收材料制成的所述覆盖件被适配成确保所述光学表面与所述压电元件之间的粘附。

4.如前述权利要求中任一项所述的保护组件，包括布置在所述机械保护元件(301)上的第一电磁波吸收覆盖件(302；303)以及被配置成布置在所述光学表面(100)上的第二电磁波吸收覆盖件(310；320)，所述第一电磁波吸收覆盖件和所述第二电磁波吸收覆盖件被配置成形成法拉第笼。

5.如权利要求1至4之一所述的保护组件，其中，所述机械保护元件(301)包括由所述电磁波吸收覆盖件(302；303)覆盖的塑料帽或包括由构成所述覆盖件的电磁波吸收材料制成的帽。

6.如权利要求1至5之一所述的保护组件，其中，所述电磁波吸收覆盖件(302；303；310；320)是金属网，其中，网大小是基于由所述换能器(105)产生的波的参数来限定的。

7.如前述权利要求之一所述的保护组件，进一步包括附接元件(340)，所述附接元件被配置成放置在所述机械保护元件(301)与所述光学表面(100)之间，所述附接元件包括粘合泡沫。

8.如前述权利要求之一所述的保护组件，进一步包括附接元件(340)，所述附接元件被配置成放置在所述机械保护元件(301)与所述光学表面(100)之间，所述附接元件包括粘合剂。

9.一种用于清洁光学表面的清洁单元，包括

旨在声学地耦接至所述光学表面的至少一个波换能器(105)，所述波换能器包括压电元件(110)以及与所述压电元件接触的具有相反极性的电极(120；130)并且被配置成产生在所述光学表面中传播的至少一个超声波；以及

如权利要求1至8之一所述的保护组件。

10.一种清洁组件(300)，包括：

-光学表面(100)；

-如权利要求9所述的用于清洁所述光学表面的清洁单元。