(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学デバイスを収容する光学体の光学窓を清掃するための清掃装置であって、前記光学デバイスは、前記光学窓を通る視線を有し、
前記清掃装置は、
前記光学窓の少なくとも視線部分を覆うように液体層を塗布するように構成された流体塗布器と、
ワイパーと、
前記光学体と前記ワイパーとの間の相対移動を生じさせて、その間に、前記ワイパーによって前記光学窓の少なくとも１つの視線部分が清掃される清掃サイクルの第１の段階を開始させ、且つ、前記清掃サイクルの前記第１の段階が完了した後に、前記光学体と前記流体塗布器との間の相対移動を生じさせて、前記流体塗布器によって少なくとも前記光学窓の前記視線部分を覆うように液体膜が塗布される前記清掃サイクルの第２の段階を開始させ、その間に、前記液体膜を前記光学窓の前記視線部分の線を含む前記光学窓の領域に残存させるとともに、前記液体膜の下にある前記光学窓への汚染物質の付着を抑制しながら前記光学デバイスの光学的動作を可能にするよう構成されたアクチュエータと
を備える清掃装置。
【請求項２】
前記流体塗布器は、前記液体膜を塗布するための液体の量を保持するように構成された流体チャンバを備え、
前記流体塗布器は、前記流体チャンバと前記光学体との間に一次シールを備え、前記一次シールは、前記流体塗布器と前記光学体との間の相対移動中に前記流体チャンバから前記光学窓に前記液体膜を塗布する、請求項１に記載の清掃装置。
【請求項３】
前記一次シールは、前記流体塗布器と前記光学体との間の相対移動中に前記光学窓に塗布される前記液体膜の厚さを制御するように動作可能に構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ワイパーは、前記一次シールに隣接して配置され、清掃サイクルの第一段階の間に前記光学窓から汚染物質を除去するように動作可能である、請求項２〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記ワイパーと前記一次シールは一体的に形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の装置。
【請求項６】
前記ワイパーは、前記清掃サイクルの前記第２の段階の間に前記流体塗布器によって前記液体膜が塗布される幅に対応する前記光学窓の一部を清掃するように寸法決めされ配置される、請求項１から５までのいずれか１項に記載の清掃装置。
【請求項７】
前記流体塗布器は、前記液体膜を塗布するための液体の量を保持するように構成された流体チャンバを含む、請求項１に記載の清掃装置。
【請求項８】
前記液体膜を塗布するための液体を貯蔵するように構成された液体貯蔵源をさらに備え、前記液体貯蔵源は、前記流体チャンバの液体量を補充するために前記流体チャンバと液体連通している、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記液体貯蔵源と前記流体チャンバとの間で前記流体をポンピングする手段をさらに備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ポンピングする手段は、前記アクチュエータによって生成された相対移動を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記液体貯蔵源は、フィルタを介して前記流体チャンバと液体連通し、前記フィルタは前記液体から汚染物質を除去するように動作可能である、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記光学体は、光学シリンダー、光学プレート、平面光学面、及び球体の１つを備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の清掃装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータは、
前記光学体と前記流体塗布器との間の直線往復相対移動、
前記光学体と前記流体塗布器との間の往復回転相対運動、
前記光学体と前記流体塗布器との間の一方向の相対回転運動、及び
前記光学体と前記流体塗布器との間の一方向であって連続的な回転相対移動
の１つを生じさせるよう動作可能に構成される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の清掃装置。
【請求項１４】
前記光学窓上の汚染物質の存在を検出するように構成されたセンサをさらに備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の清掃装置。
【請求項１５】
前記液体は、前記液体膜が汚染物質と前記光学窓との間の結合を弱め、清掃サイクルの前記第１の段階の間において前記汚染物質を除去することを容易にするように選択される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の清掃装置。
を備える清掃装置。
【請求項１６】
光学デバイスを収容する光学体の光学窓を清掃する方法であって、
前記光学デバイスは前記光学窓を通る視線を有し、
前記方法は、
前記光学体とワイパーとの間に相対移動を生じさせて、その間に、前記ワイパーによって前記光学窓の少なくとも１つの視線部分が清掃される清掃サイクルの第１の段階を開始させるステップと、
前記清掃サイクルの前記第１の段階が完了した後に、前記光学体と流体塗布器との間の相対移動を生じさせて、前記流体塗布器によって少なくとも前記光学窓の前記視線部分を覆うように液体膜が塗布される清掃サイクルの第２段階を開始させるステップと
を含み、
その間に、前記液体膜を前記光学窓の前記視線部分の線を含む前記光学窓の領域上に残存させる、前記液体膜の下にある前記光学窓への汚染物質の付着を抑制しながら、前記光学デバイスの光学動作を可能にする、光学デバイスを収容する光学体の光学窓を清掃する方法。
【請求項１７】
前記流体塗布器は、前記液体膜を塗布するための液体の量を保持するように構成された流体チャンバを備え、
前記流体塗布器は、前記流体チャンバと前記光学体との間に、一次シールを備え、
１、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
相対移動を引き起こすことは、
前記光学体と前記流体塗布器との間の直線往復相対移動、
前記光学体と前記流体塗布器との間の往復回転相対運動、
前記光学体と前記流体塗布器との間の一方向の相対回転運動、及び
前記光学体と前記流体塗布器との間の一方向であって連続的な回転相対移動
の１つを生じさせる、請求項１６〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記光学窓上の汚染物質の存在をさらに検出する、請求項１６から１８までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記流体チャンバと液体連通され前記液体チャンバの液体量を補充するために液体貯蔵源を更に備えた、請求項１７から１９までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
汚染物質を除去するために前記液体を濾過するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記液体は、前記液体膜が汚染物質と前記光学窓との間の結合を弱め、清掃サイクルの第１の段階中に前記汚染物質の除去を容易にするように選択される、請求項１６から２１までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気光学センサ（electro-optical sensor）、光電センサ（photoelectric sensor）、イメージセンサ、光センサ（light sensor）、カメラ、光学エミッタ、光学検出器等の光学デバイスを、汚れやすい環境下で自己清掃する組立体又はシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
重工業の分野において、視覚に基づく感知（vision-based sensing）を行うことについての要求が高まっている。これらの環境では、使用中に視覚センサ（vision-based sensor）を保護するために、通常、透明カバー又は光学窓が使用される。信頼できる性能を維持するためには、光学窓の外表面が清浄であり、汚れ、デブリ又は他の汚染がないことが重要である。しかしながら、これらのセンサは、製油、原材料処理、鉱業、建設、林業等の汚れやすい環境で採用されているため、汚染やこれによる汚れの影響を受けやすくなっている。幾つかの例では、汚染によって、例えば、汚れやシミが光学窓に蓄積するために経時的な性能の低下が生じることがある。設置場所が汚れやすい環境であって、しかもアクセスが困難であると、状況は更に悪化し、動作を停止する必要が生じることもある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示の実施形態は、自己清掃のための技術及び機能を光学装置に提供することによって、汚れ及びデブリ等の汚染物質によってもたらされる問題を解決する。これに関して、本開示の実施形態は、光デバイスを遮蔽及び保護する光学体の光学窓上に非粘着性液体等の非常に薄い（例えば、数ミクロンの厚さの）液体層を維持するための技術及び手法を採用する。一実施形態では、液体の層は、光学体の表面粗さよりも薄く、低い蒸気圧を有し、これにより、蒸発速度が遅くなり、自己清掃サイクル間に表面上で確実に持続することが保証される。
【０００４】
使用中、汚染物質は、光学体の光学窓を覆う薄い液体の層又は膜に付着する。所定の時間、外部コマンド、又は汚れ／デブリセンサの出力に応答して、清掃サイクルが開始されると、光学窓が清掃される。清掃サイクルは、一実施形態では、光学体の回転往復運動又は直線往復運動を含み、この結果、流体塗布器によって光学窓上に薄膜が形成される。一実施形態では、清掃サイクルは、以下に説明するように、光学体の回転往復運動又は直線往復運動を含み、これによって、光学体は、流体塗布器を出入りし、流体に接触する。
【０００５】
幾つかの実施形態では、流体塗布器は、液体を保持する流体チャンバを含み、これにより、一時的又は永久的な流体リザーバを形成する。ワイパーは、例えば、流体チャンバの開口部に設けられる。ワイパーは、例えば、使用中に光学面上に付着した汚染物質を擦り取り又は拭き取ることによって光学窓を清掃するように構成される。幾つかの実施形態では、流体チャンバ内に液体を収容し、流体の漏れを防止するために、移動する光学窓に対してシール等が採用される。幾つかの実施形態では、流体チャンバと共にシール等が流体塗布器を形成する。これに関して、シールは、光学体の少なくとも光学窓上に薄い液体層を形成又は維持することを補助するように機能することもできる。
【０００６】
光学窓を清掃するために、光学体は、第１の位置、すなわち定位置（home position）から、第２の位置へ、流体塗布器に対して第１の方向に動かされる。一実施形態では、光学窓を含む光学体の少なくとも一部が流体チャンバ内に移動する。幾つかの実施形態では、非粘着性膜等の液体が光学窓の外表面への汚染物質の付着を防いでいるため、光学体が第１の方向に移動すると、ワイパーは、汚染物質を容易に除去することができる。清掃された光学窓を第１の方向に連続的に移動させることにより、光学窓は、流体チャンバに収容された液体に晒され、接触する。
【０００７】
次に、光学窓は、第１の方向とは反対の第２の方向に、第２の位置から定位置まで移動される。光学窓が定位置に移動すると、薄い液体の膜又は層が光学窓の外表面に残る。
【０００８】
このような手法は、拭き取りが困難で、厚いグリース及び油をベースとする汚染物質、並びに汚れ、埃及びデブリを除去するのに有効である。薄い液体の層又は膜と専用のワイパーとの組み合わせは、光学窓からの外部物質の確実な擦り取りを保証する。また、幾つかの実施形態では、このような組み合わせは、流体チャンバに収容された液体が汚染されることを防止する。
【０００９】
本開示の一側面によれば、光学組立体（optical assembly）が提供される。光学組立体は、光学窓を有する光学体と、光学体によって保護された光学デバイスとを含む。光学デバイスは、光学窓に対応する視線を有するように構成されている。また、光学組立体は、光学体に関連付けられた流体塗布器を含む。流体塗布器は、光学体の少なくとも光学窓の上に液体層を塗布するように構成される。また、光学組立体は、光学体に関連付けられたワイパーを含む。ワイパーは、液体層上に付着した汚染物質を光学窓から除去するように構成される。光学組立体は、更に、ワイパーが光学体の光学窓から液体層上の汚染物質の少なくとも一部を除去する第１の段階と、流体塗布器が少なくとも光学窓上に液体の層を塗布する後続する第２の段階とを含む清掃サイクルに亘って、（１）光学体と、（２）流体塗布器及びワイパーの少なくとも１つを移動させる少なくとも１つのアクチュエータを含む。
【００１０】
幾つかの実施形態では、光学体は光学シリンダである。他の実施形態では、光学体は光学プレートである。これらの実施形態の幾つかでは、光学プレートは、ディスク形状である。更に他の実施形態では、光学プレートは、長方形である。光学プレートは、それぞれ、光学平面を含む。
【００１１】
幾つかの実施形態では、少なくとも１つのアクチュエータは、（１）光学体並びに（２）流体塗布器及びワイパーのうちの一方を直線往復運動させるように構成されている。
【００１２】
幾つかの実施形態では、少なくとも１つのアクチュエータは、（１）光学体並びに（２）流体塗布器及びワイパーの一方を回転往復運動させるように構成されている。
【００１３】
幾つかの実施形態では、少なくとも１つのアクチュエータは、（１）光学体並びに（２）流体塗布器及びワイパーの一方を直線往復運動、回転往復運動、及び連続回転運動の何れかによって移動させる。
【００１４】
幾つかの実施形態では、光学組立体は、これに加えて又はこれに代えて、少なくとも１つのアクチュエータを制御するように構成された１つ以上のコントローラを含む。
【００１５】
幾つかの実施形態では、光学組立体は、これに加えて又はこれに代えて、１つ以上のコントローラと通信可能に接続された１つ以上のセンサを含む。
これらの実施形態の幾つかでは、１つ以上のセンサは、光学窓上の汚染物質の存在を検出するように構成された汚染物質存在検出センサを含む。
これらの実施形態の幾つかでは、１つ以上のセンサは、光学体の位置を示す信号を生成するように構成された位置センサを含む。
【００１６】
幾つかの実施形態では、光学組立体は、これに加えて又はこれに代えて、液体を貯蔵するように構成された液体貯蔵源を含む。
これらの実施形態の幾つかでは、１つ以上のセンサは、液体貯蔵源に含まれる液体のレベルを検出するように構成された液体レベルセンサを含む。
【００１７】
幾つかの実施形態では、液体貯蔵源は取り外し可能な流体カートリッジを含む。
【００１８】
幾つかの実施形態では、流体塗布器は、所定量の液体を保持するように構成された流体チャンバを含む。
【００１９】
幾つかの実施形態では、光学組立体は、これに代えて又はこれに加えて、液体を貯蔵するように構成された液体貯蔵源を含む。流体塗布器は、液体貯蔵源と流体連通するように連結された流体チャンバを含む。
【００２０】
幾つかの実施形態では、光学組立体は、流体チャンバを液体貯蔵源に接続する第１の流体ラインと、流体チャンバを液体貯蔵源に接続する第２の流体ラインと、第１の流体ラインに接続され、流体チャンバから液体貯蔵源への液体の流れを可能にし、液体貯蔵源から流体チャンバへの液体の流れを防止するように構成された第１の逆止弁と、第２の流体ラインに接続され、液体貯蔵源から流体チャンバへの液体の流れを可能にし、流体チャンバから液体貯蔵源への液体の流れを防止するように構成された第２の逆止弁とを更に含む。
【００２１】
幾つかの実施形態では、光学組立体は、これに代えて又はこれに加えて、第１の逆止弁と液体貯蔵源との間の第１の流体ラインと流体連通し、第１の逆止弁を通過する液体が液体貯蔵源に入る前に通過するように連結されたフィルタを更に含む。
【００２２】
幾つかの実施形態では、アクチュエータは、光学体を直線往復運動させるように構成されている。他の実施形態では、アクチュエータは、流体塗布器及びワイパーを直線往復運動させるように構成されている。
【００２３】
幾つかの実施形態では、アクチュエータは、それぞれ電動モータと、送りねじと、送りねじナットとからなる少なくとも１つの送りねじ機構を含む。
【００２４】
幾つかの実施形態では、各送りねじナットは、回転に抗して固定されている。
【００２５】
幾つかの実施形態では、光学組立体は、これに代えて又はこれに加えて、流体シリンダを含み、光学体は、流体シリンダの少なくとも一部内で往復運動するように構成される。
【００２６】
幾つかの実施形態では、光学組立体は、これに代えて又はこれに加えて、流体シリンダに関連して密封可能なピストンを含む。
【００２７】
幾つかの実施形態では、ピストンは、アクチュエータの少なくとも一部に連結されており、アクチュエータと共に移動する。
【００２８】
幾つかの実施形態では、流体塗布器は、流体シリンダの内表面と光学体の外表面との間に配置され、これにより流体チャンバを形成する一次シールを更に含む。
【００２９】
幾つかの実施形態では、ワイパーは、一次シールに隣接して配置される。
【００３０】
幾つかの実施形態では、液体は、非粘着性液体を含む。
【００３１】
本開示の他の側面によれば、光学組立体が提供される。光学組立体は、光学窓を有する光学体と、光学体によって保護された光学デバイスと、光学体の外表面を清掃する光学体清掃機構と、光学体を光学体清掃機構に対して第１の位置と第２の位置との間で移動させる駆動機構と、光学体上に非粘着性液体層又は膜を塗布するように構成された流体供給機構とを含む。光学体清掃機構は、光学体の外表面を清掃し、清掃用流体供給機構は、駆動機構が光学体を第１の位置から第２の位置を経て第１の位置に戻すサイクルを行う間に、光学体に非粘着性液体層を塗布する。
【００３２】
幾つかの実施形態では、駆動機構は、光学体を直線往復運動させるように構成されている。他の実施形態では、駆動機構は、光学体を回転往復運動させるように構成されている。更に他の実施形態では、駆動機構は、光学体を回転運動させるように構成されている。
【００３３】
幾つかの実施形態では、光学体清掃機構は、駆動機構が光学体を第１の位置から第２の位置へ移動させるとき、光学体の外表面を清掃し、清掃用流体供給機構は、駆動機構が光学体を第２の位置から第１の位置に移動させるとき、光学体上に非粘着性液体層を形成する。
【００３４】
本開示の他の側面によれば、光学組立体のための流体回路が提供される。光学組立体は、流体チャンバと、液体源と、流体チャンバを液体源に接続する第１の流体ラインと、流体チャンバを液体源に接続する第２の流体ラインと、第１の流体ラインに接続され、流体チャンバから液体源への液体の流れを可能にし、液体源から流体チャンバへの液体の流れを防止するように構成された第１の逆止弁と、第２の流体ラインに接続され、液体源から流体チャンバへの液体の流れを可能にし、流体チャンバから液体源への液体の流れを防止するように構成された第２の逆止弁とを含む。
【００３５】
幾つかの実施形態では、流体回路は、これに代えて又はこれに加えて、第１の逆止弁と液体源との間の第１の流体ラインと流体連通し、第１の逆止弁を通過する液体が液体源に入る前に通過するように連結されたフィルタを含む。
【００３６】
幾つかの実施形態では、流体回路は、これに代えて又はこれに加えて、第２の流体チャンバと、第２の流体チャンバを液体源に接続する第３の流体ラインとを含む。
【００３７】
幾つかの実施形態では、第３の流体ラインは、第２の逆止弁と液体源との間の第２の流体ラインと流体連通するように連結されている。
【００３８】
本開示の他の側面によれば、光学組立体の光学窓を清掃する方法が提供される。この方法は、光学体上に光学デバイスを保護する液体層を塗布することであって、光学体の少なくとも一部が光学窓を構成することと、光学体の少なくとも光学窓を汚れ又はデブリを含む環境に晒すことと、光学窓を含む光学体を内部チャンバに対して第１の方向に移動させることと、光学体の移動中であって、光学体が内部チャンバに入る前に、光学窓を含む光学体を清掃することと、清掃された光学窓を含む光学体を内部チャンバに収容された液体の層でコーティングすることと、第１の方向とは反対の第２の方向に液体の層を有する光学体を移動させて、光学体の少なくとも光学窓を環境に再び露出させることとを含む。
【００３９】
幾つかの実施形態では、光学窓を含む光学体を第１の方向に移動させることは、汚染センサの出力に応答して行われる。
【００４０】
幾つかの実施形態では、光学窓を含む光学体を第１の方向に移動させることは、所定時間の経過に応答して行われる。
【００４１】
本開示の他の側面によれば、光学組立体が提供される。光学組立体は、光学窓を有する光学体と、光学体によって保護された光学デバイスであって、光学窓に対応する視線を有するように構成された光学デバイスと、少なくとも光学窓に液体を塗布する手段と、液体層上に付着した汚染物質を除去する手段と、汚染物質を除去する手段が液体層上に付着した任意の汚染物質を液体層の少なくとも一部と共に除去する第１の段階と、液体を塗布する手段が液体の層を光学窓に塗布する第２の段階とを含むサイクルを行う間に、１つ以上の光学体及び液体を塗布する手段を、１つ以上の光学体及び液体を塗布する手段の一方に対して移動させる手段とを含む。
【００４２】
幾つかの実施形態では、光学組立体は、これに代えて又はこれに加えて、光学窓上の汚染物質を検出する手段を含む。
【００４３】
幾つかの実施形態では、光学組立体は、これに代えて又はこれに加えて、清掃サイクルに亘って光学体を移動させることを決定する手段を含む。
【００４４】
本開示の他の側面によれば、光学デバイスに関連する光学窓を自己清掃するように構成された光学組立体が提供される。
【００４５】
本開示の他の側面によれば、光学組立体が提供される。光学組立体は、光学窓を有する光学体と、光学体によって保護された光学デバイスと、光学体の外表面を清掃する光学体清掃機構と、光学体清掃機構に隣接して配置され、光学体上に非粘着性液体層又は膜を塗布するように構成された流体塗布器と、光学体清掃機構が液体層上に付着した汚染物質の少なくとも一部を液体層の少なくとも一部と共に除去する第１の段階と、流体塗布器が液体層を光学窓に塗布する第２の段階とを含む清掃サイクルに亘って、光学体と、光学体清掃機構及び流体塗布器の両方とを相対的に移動させる駆動機構とを含む。
【００４６】
幾つかの実施形態では、光学組立体は、これに代えて又はこれに加えて、光学窓上に存在する汚染物質を検出するように構成された汚染センサを含む。
【００４７】
幾つかの実施形態では、汚染センサは、少なくとも１つのエミッタと、少なくとも１つの検出器とを含む。
【００４８】
幾つかの実施形態では、汚染センサは、一対の検出器を備え、一対の検出器の各検出器は、互いに異なる向きを有する。一実施形態では、１つの検出器が他の検出器に対して約４５度から１３５度の間で配向される。他の実施形態では、角度は、６０度から１２０度の間である。更に他の実施形態では、角度は、７５度から１０５度の間である。更に他の実施形態では、角度は、約９０度である。
【００４９】
幾つかの実施形態では、駆動機構は、センサの出力に基づいて移動を行うように構成されている。
【００５０】
幾つかの実施形態では、光学組立体は、１つ以上のコントローラを更に備え、少なくとも１つのコントローラは、センサと通信し、少なくとも１つのコントローラは、駆動機構と通信し、１つ以上のコントローラの少なくとも１つは、センサから受信した信号に応答して、駆動機構に制御信号を送るように構成されている。
【００５１】
幾つかの実施形態では、１つ以上のコントローラの少なくとも１つは、少なくとも１つのエミッタがオフのときであって、エミッタの少なくとも１つがオンであるときに、検出器の少なくとも１つの出力を比較し、１つ以上のコントローラの少なくとも１つは、比較との差が所定の閾値よりも大きい場合、駆動機構に信号を送るように構成され、閾値は、光学窓が除去を必要とする量の汚染物質を有することを示す。
【００５２】
幾つかの実施形態では、流体塗布器は、所定量の液体を保持するように構成された流体チャンバを含む。
【００５３】
幾つかの実施形態では、所定量の液体は、複数の清掃サイクルを提供するのに十分である。
【００５４】
幾つかの実施形態では、光学体清掃機構はワイピング要素を含む。
【００５５】
幾つかの実施形態では、光学体清掃機構は、光学体の外表面を拭き取り又は擦り取るように構成される。
【００５６】
幾つかの実施形態では、光学組立体は、これに代えて又はこれに加えて、流体チャンバと流体連通する可撓性ベローズを含む。
【００５７】
幾つかの実施形態では、可撓性ベローズは、光学体を取り囲む上部グランドに設けられたチャネルを介して流体チャンバと流体連通するように接続される。
【００５８】
幾つかの実施形態では、光学組立体は、これに代えて又はこれに加えて、流体チャンバと流体連通するように接続された流体ブラダを含む。
【００５９】
幾つかの実施形態では、可撓性ベローズは、清掃サイクルの第２の段階中に収縮する。
【００６０】
幾つかの実施形態では、光学体は、球体である。
【００６１】
幾つかの実施形態では、駆動機構は、光学体を直線往復式、回転往復式、及び連続回転式のうちの１つの方式で移動させるように構成されている。
【００６２】
幾つかの実施形態では、光学体は光学シリンダであり、駆動機構は、光学シリンダをその長手方向軸を中心に回転させるように構成されている。
【００６３】
この要約は、以下の詳細な説明で更に説明する概念の選択を簡略化した形式で紹介するために提供するものである。この要約は、特許請求される主題の主要な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲を決定するための補助として使用されることも意図していない。
【００６４】
開示された主題の前述の側面及び付随する利点の多くは、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することにより明瞭となる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本開示の一側面に基づいて形成された光学組立体の一実施形態の機能的ブロック図である。
【図２】図１のブロック図に示す光学組立体の１つの代表的な実施形態の斜視図である。
【図３】第１の位置又は定位置にある図２の光学組立体の断面図である。
【図４】第２の位置又は退避位置にある図２の光学組立体の断面図である。
【図５】本開示の一側面に基づいて形成された液体回路の概略図である。
【図６】駆動機構と光学シリンダとの間のインタフェースの一実施形態の部分斜視図である。
【図７】光学シリンダの拡大部分断面図である。
【図８】流体カートリッジを備えていない図１の光学組立体の斜視図である。
【図９】図１の光学組立体の構成要素の断面図である。
【図１０】本開示の一側面に基づく流体カートリッジの１つの構成要素の断面図である。
【図１１】図１１は、本開示の一側面に基づく流体カートリッジの１つの代表的な実施形態の斜視図である。
【図１２】図１の光学組立体の構成要素の部分斜視図である。
【図１３】図１２の線１３−１３に沿った光学組立体の構成要素の断面図である。
【図１４Ａ】本開示の一側面に基づく汚れ／デブリセンサの一実施形態の概略図である。
【図１４Ｂ】本開示の一側面に基づく汚れ／デブリセンサの一実施形態の概略図である。
【図１５Ａ】本開示の一側面に基づく汚れ／デブリセンサの他の実施形態の概略図である。
【図１５Ｂ】本開示の一側面に基づく汚れ／デブリセンサの他の実施形態の概略図である。
【図１６】本開示の側面に基づく汚れ／デブリセンサの１つの代表的な実施形態の斜視図である。
【図１７】本開示の一側面に基づく光学組立体の他の実施形態の斜視図である。
【図１８】本開示の一側面に基づく光学組立体の他の実施形態の断面図である。
【図１９】本開示の一側面に基づいて形成された液体回路の概略図である。
【図２０】本開示の一側面に基づく光学組立体の他の代表的な実施形態の斜視図である。
【図２１】定位置における図２０の光学組立体の断面図である。
【図２２】退避位置にある図２０の光学組立体の断面図である。
【図２３】本開示の一側面に基づいて形成された他の流体回路の概略図である。
【図２４】本開示の一側面に基づく光学組立体の他の実施形態の斜視図である。
【図２５】図２４の光学組立体の断面図である。
【図２６】本開示の一側面に基づく光学組立体の更に他の実施形態の斜視図である。
【図２７】図２６の光学組立体の断面図である。
【図２８】本開示の一側面に基づく光学組立体の更に他の実施形態の斜視図である。
【図２９】図２８の光学組立体の平面図である。
【図３０】図２９の光学組立体の断面図である。
【図３１】本開示の側面に基づく一体型流体塗布器及びワイパーの実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
添付の図面では、同様の要素に同様の参照符合を付しており、これらの図面を参照する以下の詳細な説明は、ここに開示する主題の様々な実施形態の説明を意図するものであり、唯一の実施形態を表すことを意図するものではない。本開示に記載する各実施形態は、単なる例示又は例証であり、他の実施形態よりも好ましい又は有利であるものと解釈されるべきではない。本明細書に開示する具体例は、排他的であることを意図するものではなく、特許請求の範囲に記載の主題は、ここに開示された詳細な形態に限定されるわけではない。
【００６７】
以下の説明は、１つ以上の関連する光学デバイスを湿気、天候及び環境条件から保護するデバイス、システム及び／又は組立体の例を提供する。ここに記載する例では、装置、システム及び／又は組立体は、自己清掃機能を提供するための技術及び機能を含み、これによって、例えば、汚れやすい環境においても、１つ以上の光学デバイスが、許容可能な結果（例えば、光信号、例えば、光、電磁エネルギ等の受信又は送信）を継続的に提供することができる。後により詳細に説明するように、自己清掃機構の幾つかの例は、１つ以上の光学デバイスに関連する自己清掃／ワイピング機構を含む。
【００６８】
以下の説明では、本開示の例示的な実施形態を明瞭にするために、多数の特定の詳細を示す。しかしながら、本開示の多くの実施形態が特定の詳細の一部又は全部なしで実施できることは、当業者にとっては明らかである。幾つかの例では、本開示の様々な側面を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセスステップの詳細を省略している。更に、本開示の実施形態は、本明細書に記載された特徴を任意に組合せて採用できることは明らかである。
【００６９】
図１は、本開示の側面に基づいて形成された自己清掃光学組立体（self-cleaning optical assembly）２０の一例の機能的ブロック図である。組立体２０は、光学体２４、駆動機構３０、光学体清掃機構３２、本明細書では流体塗布器（fluid applicator）とも呼ぶ流体供給機構３６、及び１つ以上のコントローラ４０を備える。透明板、円筒、球状板等の光学体２４は、その内部に配設されている１つの光学デバイス２６がその外部環境によって損傷されることを防止し、光が光学デバイスへの経路を通過するための光学窓２８を提供する。最初の設置時及びその後の清掃サイクル中に、流体供給機構３６は、清浄な光学体２４の少なくとも光学窓２８上に非粘着性液体（non-stick liquid）の層又は膜を塗布する。光学組立体を定期的に使用した後、１つ以上のコントローラ４０によって清掃サイクルが開始される。清掃サイクルが開始されると、駆動機構３０が光学体清掃機構３２に対して光学体２４を移動させ、又は逆に光学体２４に対して光学体清掃機構３２を移動させ、光学体清掃機構３２を用いて、少なくとも光学窓２８が清掃される。後により詳細に説明するように、光学体清掃機構３２は、非粘着性膜が汚染物質の外表面への付着を妨げているので、光学体２４の光学窓２８から汚染物質を迅速かつ容易に除去することができる。１つ以上のコントローラ４０の制御下で清掃サイクルを完了するために、流体供給機構３６は、光学体３２の新たに清掃された光学窓上に液体の層又は膜を再び塗布し、光学体は、その第１の位置又は定位置に戻される。
【００７０】
本明細書に開示される代表的な実施形態においては、流体塗布器とも呼ばれる流体供給機構３６は、任意の断面形状を有する流体チャンバを有する塗布器本体を含む。オプションとして、塗布器本体には、ローカル又はリモートの供給源から液体を受け取るための少なくとも１つの入口が設けられる。結果を向上させるためには、塗布器本体の流体チャンバを液体で完全に満たすべきであるが、流体チャンバを完全に満たさなくても、許容される結果を得ることができる。幾つかの実施形態では、塗布器本体は、液体の再循環、濾過又は供給を容易にする１つ以上の出口を含む。様々な実施形態では、時間が経過しても、流体塗布器に入る（可能性がある）小さな粒子が塗布側の近くに蓄積されず、任意の濾過又は塗布器から離れた場所での蓄積のために、粒子が出口を通って出るように、出口の形状及び位置を選択することができる。
【００７１】
上述したように、流体チャンバは、如何なる形状を有していてもよい。幾つかの実施形態では、流体チャンバの形状は、完全な充填を確実にするために、気体のトラップを防止するように構成することが好ましい。このような構成の一例は、入口又は任意の出口、及び塗布器の外部に気泡を案内するために流体チャンバの内部上面に角度を導入することを含む。幾つか実施形態では、流体塗布器の形状を設計する際、使用される光学組立体の設置角度を考慮に入れて、流体チャンバ内で光学体に近接又は接触する任意のスポットで流体がなくならないようにすることができる。
【００７２】
本明細書で開示する代表的な実施形態における流体塗布器は、塗布器要素を含む。幾つかの実施形態では、塗布器要素はダイナミックロッドシール（dynamic rod seal）の形態である。他の実施形態では、塗布器要素は、面シール（face seal）等の形態である。面シール又はロッドシールは、Ｏリング、内部潤滑式Ｏリング、Ｏリング付勢Ｕカップ又はリップシール、金属バネ付勢Ｕカップ又はリップシール、又はダイナミック面シール又はロッドシール構成に適した他の市販のシール要素等であってもよい。ダイナミックロッドシールの例は、Ｐａｒｋｅｒ  Ｈａｎｎｉｆｉｎによって販売されているＳｔａｎｄａｒｄ  ＰｏｌｙＰａｋシリーズのシールである。付勢要素あり又はなしのＵカップのシールの例は、Ｐａｒｋｅｒ  Ｈａｎｎｉｆｉｎによって販売されているＦｌｅｘｉＳｅａｌシリーズのシールである。また、フェース面シールの代わりに、流体塗布器は、ナノチューブ又は多孔質エラストマを有する媒体のような流体透過性媒体を含むことができる。
【００７３】
組み立てられると、面シールは、光学体と塗布器本体との間で正方向に圧縮（positively compressed）される。圧縮の量は、例えば、ねじ又は機械加工公差を調整することにより、又は例えば、関連するバネの圧縮を調整することによって圧縮力を制御することにより、塗布器と光学体との間のギャップを制御することによって制御することができる。
【００７４】
本明細書に開示する代表的な実施形態における光学体清掃機構３２は、光学体２４の光学窓を清掃するための拭き取り（wiping）又は擦り取り（scrapping）動作を行うワイパー又はワイピング要素を含む。これらの実施形態では、ワイパーは、光学体と完全に接触し、好ましくは光学体に対して正方向に圧縮されるエッジを含む。ワイパー圧縮量は、光学体に対するワイパーの相対位置を制御することによって、又は例えばバネ等を介して印加される力の量によって制御することができる。
【００７５】
ワイパーは、汚れ物質によってワイパーエッジに一時的な係合解除が生じないように十分な圧縮で光学面と完全に接触する限り、直線状、角度付き、又は湾曲した形状を有することができる。ワイパーは、光学体とワイパーとの間の相対移動の結果として、捕集された汚れ物質を光学体から引き離すように案内するように成形することができる。例えば、回転する光学面の場合、動き半径に対してワイパーエッジに角度を設けることにより、光学面の外周に汚れ物質を移動させる効果を生じさせることができる。ワイパーの長さは、典型的には、移動方向（回転面の場合、半径方向）に対して垂直な写像が、流体塗布器によって効果的に濡らされる表面の幅と等しいか又は僅かに大きくなるように形成する。更に、幾つかの実施形態では、ワイパーの経路は、流体塗布器の経路に対して中心合わせする必要がある。
【００７６】
以下の開示において、非粘着性液体は、以下の特性を有する任意の液体として定義することができる。
・光学表面によって弾かれないため、少量では、重力の影響を受けて滴になり又は容易に垂れ落ちることはない。
・光学表面上に存在することにより、汚れ物質と光学表面との間の結合を弱め、又はこのような結合を生じさせない。
・摩擦及び機械的磨耗を低下させる傾向があり、拭き取り動作中に汚れ物質が光学表面を引っ掻く可能性を低減する。
・予想される現場の温度範囲及び条件全体に亘って（状態、粘度及び化学組成が）安定している。
・水、グリース、その他の特定の汚染物質等の汚染物質の存在下で、化学的に安定している。
【００７７】
本明細書に開示される幾つか実施形態に採用することができる非粘着性液体の例としては、耐磨耗特性を有し、発泡に抵抗し、空気を放出し、現場温度範囲内で比較的安定した粘度を維持し、濾過に適し、低い揮発性及び加水分解安定性を示す非粘着性液体が含まれる。このような作動油の例は、Ｓｈｅｌｌ、Ｍｏｂｉｌ、Ｃｈｅｖｒｏｎ及び他の主要メーカーによって製造されている「Ａｌｌ  Ｗｅａｔｈｅｒ  Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ６８」である。一部の作動油は、静電気／耐磁特性を有し、これにより、粉塵の吸引力が更に向上する。このような油の例は、Ｏｍｅｇａ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＯｍｅｇａ６１２である。使用することができる幾つかの油は、水滴を速やかに弾く疎水性を有する。このような油の一例は、ＤＯＴ５であり、ＤＯＴ５は、シリコンベースの作動油である。
【００７８】
図２及び図３は、それぞれ、自己清掃光学組立体１２０の１つの代表的な実施形態の斜視図及び断面図である。図２に示すように、光学組立体１２０は、組立体の残りの部品を保護するハウジング１２２を含む。図３に示すように、ハウジング１２２内に配置された部品の幾つかは、この実施形態ではシリンダ（「光学シリンダ１２４」）の形態の光学体１２４を含む。一実施形態では、光学シリンダ１２４は光学グレードの基板である。幾つかの実施形態では、光学シリンダ１２４は、スクラッチ耐性を有する光学的に透明なポリカーボネート、光学アクリル、及び異なるタイプのガラス等の複数の異なる材料から構成される。光学デバイスが熱カメラである場合には、ゲルマニウムのような他の材料を用いて光学シリンダを構成することもできる。
【００７９】
光学シリンダ１２４内に配置され、又はこれによって保護されるのは、少なくとも１つの光学デバイス１２６である。光学デバイス１２６は、当分野において電気光学センサ、光電センサ、イメージセンサ、光センサ、カメラ、光エミッタ、光検出器等と呼ばれるデバイスを含むことができるが、これらに限定されない。定位置又は光学的動作状態の光学デバイスを示す図３の実施形態では、光学デバイス１２６は、保持部１４６の内部に取り付けられたカメラを含む。図３に示すように、カメラは、保持部１４６内に長手方向に配置され、保持部１４６は、光学シリンダ１２４に沿って長手方向に設置される。光学デバイス１２６は、４５度ミラー１４８又は他の反射媒体を介して光学シリンダ１２４の半径方向に視線を有し、この視線は、保持部１４６の径方向開口部１５０と、光学窓１２８と呼ばれる光学シリンダ１２４の透明壁部を通過している。本明細書で使用する「透明」という用語の意味は、可視光スペクトルを超えて拡大され、物質が人間の視覚に対して透明であるか否かに関わらず、光学デバイスによって使用される特定の波長を透過することを意味する。使用時には、光学シリンダ１２４が図３の定位置にあるとき、光学窓１２８は、ハウジング１２２内の開口１５２（図１）と位置合わせされる。幾つかの実施形態では、半径方向開口部１５０の上下に加熱要素が取り付けられる。加熱要素は、光学シリンダを加熱することによってカメラの前の凝縮を除去することを補助するように構成され、配置される。
【００８０】
図３の実施形態では、光学デバイス１２６は、ハウジング１２２の長手方向軸に平行な光軸を有しているが、他の構成も本開示の範囲内である。例えば、他の実施形態では、光学デバイス１２６は（軸方向ではなく）半径方向に取り付けてもよく、この場合、ミラー１４８を不要にすることができる。図２及び図３に示す実施形態では、光学デバイス及び関連するミラーは光学シリンダ内に固定的に取り付けられている。しかしながら、幾つかの実施形態では、光学組立体が光学シリンダの中心を軸に回転し、ミラーが傾斜運動を行うようにしてもよい。これに代えて、光学組立体の他の部分を静止させて、ミラーが傾斜及び回転の両方の動きを行うようにしてもよい。他の実施形態では、光学組立体を走査デバイスとして使用することができる。この実施形態では、ミラー及びミラーに関連する検出器は、光学シリンダの中心軸を中心に回転する。更に他の実施形態では、光学組立体及び／又は光学デバイスの何れかが必要に応じて回転するように構成してもよい。
【００８１】
光学シリンダ１２４は、組み立てられると、駆動機構３０によって、流体シリンダ１５８の一部に対して可動であり、一実施形態では、流体シリンダ１５８の一部内で可動である。図３に示すように、一実施形態の駆動機構３０は、例えばステッパモータ等の電動モータ１６６によって回転される送りねじ１６４によって構成されるリニアアクチュエータである。一実施形態では、モータシャフトとして送りねじが一体化されたステッパモータが使用される。図示された実施形態では、モータ１６６は、Ｏリング、熱結合、化学結合等の適切な封止手段を用いて流体シリンダ１５８の一端を封止するキャップ１６８によって支持されている。送りねじ１６４は、流体シリンダ１５８の内部に同軸的に延びている。送りねじの端部を検出するためのオプションのセンサ１６０を設けてもよい。一実施形態では、センサ１６０の出力は、光学シリンダ１２４を作動させるときの１つ以上のコントローラ４０の少なくとも１つによって位置基準として使用される。
【００８２】
送りねじ１６４には、送りねじナット１７０が係合している。送りねじナット１７０は、光学シリンダ１２４の端部に固定的に取り付けられたピストン１７２に回転可能に固定されている。動作中、電動モータ１６６によって送りねじ１６４が時計回り及び反時計回りの両方向に回転すると、送りねじナット１７０及びその結果として光学シリンダ１２４は、流体シリンダ１５８内で、図３及び図４に示す位置間を往復運動する。電動モータ１６６は、光学シリンダ１２４を１つの完全サイクル（すなわち、図３の第１の位置又は定位置から図４の退避位置を経由して図３の第１の位置又は定位置に戻るサイクル）に亘って動かすために、適切な駆動信号によって制御されることは明らかである。図に示す実施形態における駆動機構３０は、光学シリンダを動かすが、これに代えて、駆動機構３０は、流体シリンダ１５８を動かすように構成してもよい。
【００８３】
幾つかの実施形態では、送りねじナット１７０は、図６に示すように、可撓性継手１７４を介してピストン１７２に接続されている。一実施形態では、可撓性継手１７４は、ピストン１７２の両側に配置され、送りねじナット１７０とプレート１８０との間に挟み込まれたエラストマワッシャ１７６等によって形成される。エラストマの締め付け量は、締結具、例えば、ショルダーボルトの長さ、及びエラストマの厚さを選択することによって制御される。このように、可撓性継手１７４は、ピストン１７２に対する送りねじ１６４の何らかの角度のずれ又は中心外れを補償するように構成される。
【００８４】
１つの代表的な実施形態では、リニアアクチュエータを送りねじ機構として示しているが、本開示の実施形態では他のタイプのリニアアクチュエータを採用してもよい。例えば、リニアアクチュエータは、ラックアンドピニオン型、空気圧シリンダ又は油圧シリンダ、プーリ／ケーブル構成、リニアモータ等であってもよい光学シリンダが回転往復運動する実施形態では、駆動機構は、電動モータ及び歯車構成、リニアアクチュエータ及び直線−回転往復運動機構、例えば、スコッチヨーク、クランク等、又は光学シリンダに回転往復運動を与えることができる、現在知られており又は将来開発される他の機構であってもよい。あるいは、光学シリンダは、適切なステッパ又はサーボモータの回転出力シャフトを介して直接的又は間接的に回転させてもよい。
【００８５】
再び、図３及び図４に戻って説明すると、ピストン１７２は、流体シリンダ１５８の内壁に対して液密封止を形成するように構成される。一実施形態では、シールは、Ｘリング（すなわち、「Ｘ」に類似する断面を有するＯリング）によって形成される。Ｘリングは、幾つかの実施形態では、他の何らかのシールタイプと比べて、ピストンと流体シリンダとの間の摩擦を低減できるために採用されるが、他のピストンシールを利用することもできる。したがって、流体シリンダ１６０の密封された端部とピストン１７２との間の流体シリンダの壁内に第１の密封流体チャンバ１８４が形成される。
【００８６】
図に示す実施形態では、送りねじ１６４及び送りねじナット１７０は、任意の不透過性ベローズ１８６内に配置される。ベローズ１８６の一端は、ピストン１７２に対して密封され、他端はキャップ１６８に対して密封されている。これらの実施形態では、第１の流体チャンバ１８４は、流体シリンダ１５８の壁とベローズ１８６との間に形成される。
【００８７】
グランド（gland）１８８は、キャップ１６８とは反対側の流体シリンダ１５８の端部に密封可能に取り付けられている。グランド１８８は、光学シリンダ１２４を取り囲み、光学シリンダ１２４を往復運動させる。図７に示す実施形態では、グランド１８８は、光学シリンダ１２４が往復運動する内孔２００を画定する。幾つかの実施形態では、内孔２００は、光学シリンダ１２４が内孔２００を通って動く際に、内孔面が光学シリンダ１２４の外表面を案内するように支持するように構成される。他の実施形態では、内孔２００は、内孔面が光学シリンダ３０の外表面に当接して線形軸受を形成するような寸法及び構成とされている。光学シリンダ１２４、流体シリンダ１５８、ピストン１７２、及びグランド１８８は、組み立てられると、協働して、図３及び図４に示すように、第２の流体チャンバ２０８を画定する。具体的には、第２の流体チャンバ２０８は、流体シリンダ１５８のグランド端とピストン１７２との間、及び光学シリンダ１２４の外表面と流体シリンダ１５８の内表面との間に形成される。後により詳細に説明するように、第２の流体チャンバは、流体塗布器又は供給機構３６の一部を形成する。
【００８８】
図７に示す実施形態では、安定化リンケージ２１２が設けられている。安定化リンケージ２１２の一端は、グランド１８８に固定され、他端は光学シリンダ端部キャップ２１４に接続されている。したがって、これらの実施形態では、安定化リンケージ２１２は、光学シリンダ１２４の回転を防止し、これにより、送りねじナット１７０の回転を防止する。光学シリンダ１２４の回転を防止するために光学シリンダ／グランドの他の機構又は構成を使用してもよいことは明らかである。
【００８９】
ここで、図３、図４及び図７を参照して説明すると、グランド１８８は、第２の流体チャンバ２０８を密閉するように構成及び配置された第１のシール２１６を含む。図示する実施形態では、光学シリンダ１２４の外表面とグランド１８８の内孔面との間に密閉作用が生じる。幾つかの実施形態では、一次シールは、光学シリンダ１２４の外表面とグランド１８８の内孔面との間で圧縮される。したがって、一次シール２１６は光学シリンダ１２４の外表面に対して圧力を加える。一実施形態では、第１及び第２の流体チャンバ１８４、２０８が共に単一の流体リザーバを形成するように、ピストンシールを省略することができる。
【００９０】
使用時には、第２の流体チャンバ２０８は一定量の非粘着性液体を貯蔵する。幾つかの実施形態では、第２の流体チャンバ２０８は、複数回（例えば、２回以上、５回以上、１０回以上、２０回以上、５０回以上等）の清掃サイクルに十分な液体を貯蔵する。また、一次シール２１６が第２の流体チャンバ２０８を密封する間に、一次シールは、光学シリンダ１２４上に薄い（例えば、数ミクロンの）層の液体を塗布又は維持するのに役立つ。このように、光学シリンダ１２４が流体シリンダ１５８に対して往復運動すると、光学シリンダ１２４の少なくとも光学窓１２８が、流体シリンダ１５８に配置された液体と流体接触する。光学窓１２８が反対方向に往復運動すると、光学窓は、第２の流体チャンバ２０８内の流体接触から解除され、光学シリンダ１２４がその定位置に戻る際、一次シール２００が光学窓１２８上に残る非粘着性液体の薄層の形成を補助する。したがって、少なくとも第２の流体チャンバ２０８及び第１のシール２１６は、流体供給機構３６の一実施形態を構成する。一次シール２１６のサイズ及び／又は圧縮を用いて、液体層の厚さを制御できることは明らかである。
【００９１】
グランド１８８は、更に、光学シリンダ１２４の外表面とグランド１８８の内孔面との間に配置された二次シール２１８を含む。二次シール２０８は、（例えば、一次シール２１６の外側に配置された）一次シール２００よりも光学シリンダ１２４の自由端により近くに配置される。二次シール２１８は、幾つかの実施形態では、鋭いエッジを有し、光学シリンダ１２４の外表面に向かって内側方向に鋭角に先細になるように構成される。二次シール２１８は、更に、その最も外側のエッジが光学シリンダ１２４の外表面に対して同一平面になり、光学シリンダ１２４の外表面に対して正の圧力を加えるように構成及び配置される。このように、二次シール２１８は、流体を封止するのではなく、汚染物質を擦り取る又は拭き取るように構成されているので、ここでは、ワイピング要素若しくはワイパー（「ワイパー２１８」）、又は光学体清掃機構３２の一実施形態の少なくとも一部とみなすことができる。幾つかの実施形態では、ワイパー２１８は、一次シール２１６と同様の硬度値を有するエラストマから製造される。他の実施形態では、ワイパー２１８は、一次シール２１６よりも高い硬度値を有するエラストマから製造される。一実施形態では、ワイパー２１８は、約８５〜９５の範囲のショアＡ硬度を有する。ワイパー２１８のために選択される材料は、非粘着性液体と化学的に適合性があり、またこの逆の関係も成り立つべきであることは明らかである。
【００９２】
一実施形態では、装置の設置方向により一次シールの流体の流出が防止されている場合、非密封ピストンを使用することができる。非密封ピストンは、上述と同様に可撓性シールを利用することができるが、第１及び第２の流体チャンバの間の流体の流れを可能にするチャネルを設けてもよい。このようなピストンは、同様に、減衰、自己センタリング特性及び支持を提供するが、光学シリンダを移動させるのに必要な作動力の量が低減される。
【００９３】
一実施形態では、一次シール２１６及び二次シール２１８は一体的に形成される。この例では、シール本体は、上述の一次シール及びワイパーの機能を果たす２つのリップを含む。
【００９４】
上述のように、第２の流体チャンバ２０８は、光学シリンダ１２４の光学窓の外表面に非粘着性液体を供給するための流体リザーバを画定する。一実施形態では、第２の流体チャンバ２０８は、別個の独立型の流体リザーバである。他の実施形態では、流体リザーバは、適切に配置された流体ライン、通路、コネクタ等を介して、流体カートリッジ２３６等のローカル液体源又はリモート液体源の何れかを介して流体を補充することができる。
【００９５】
図１０は、本開示の実施形態で採用することができる、液体リザーバ（例えば、第２の流体チャンバ２０８、又は第１及び第２の流体チャンバ１８４、２０８の組み合わされた空間）に非粘着性液体を供給するための任意の流体カートリッジ２３６の一実施形態を示す。図１０及び図１１の実施形態に示すように、流体カートリッジ２３６は、密封された拡張可能なベローズ２４０によって形成された流体リザーバを収容するエンクロージャ２３８を含む。他の実施形態では、流体カートリッジ２３６は、剛性を有する液体貯蔵タンクと、ブリーザ通気口を含み、ブリーザ通気口は、液体が使用されて減ることによる圧力降下を回避すると共に、伸長及び収縮サイクルの間、第１及び第２のチャンバ１８４及び２０８の間の容積の差に起因する圧力変化を中和するように機能する。
【００９６】
何れの場合も、第１及び第２の圧接流体継手（press-to-connect fluid fitting）２４２、２４４は、流体カートリッジ２３６に取り付けられ、ハウジング１２２内の対応する継手と協働するように構成される。幾つかの実施形態では、流体カートリッジ２３６は、更に、以下により詳細に説明するように、流体カートリッジに戻された非粘着性液体を濾過するためのオプションのフィルタ２６０を含む。一実施形態では、図１〜図３に示すように、流体カートリッジ２３６及びハウジング１２２は、流体カートリッジ２３６がハウジング１２２に取り外し可能に取り付けられるように協働的に構成されている。したがって、流体カートリッジ内の液体が使い尽くされると、流体カートリッジ２３６を交換することができる。
【００９７】
一実施形態では、流体カートリッジ交換通知機能を光学組立体２０に提供するために流体カートリッジ２３６内部の液体レベルが監視される。例えば、流体カートリッジ内の液体のレベルは、図３に示すように、光近接センサ２６４によって間接的に測定することができる。使用時には、近接センサ２６４は、ベローズ２４０の高さを測定し、このような測定値を１つ以上のコントローラ４０に送信するように構成される。１つ以上のコントローラ４０が、ベローズ２４０の高さが交換閾値を下回っていると判断した場合、コントローラ２４０は、中央モニタリングステーションに送信される電気信号によって、例えば、ＬＥＤ等である視覚インジケータをアクティブ化することにより、ユーザにアラートを出力する。
【００９８】
第２の流体チャンバ２０８にアクセスするために、少なくとも１つのポート２３２が設けられる。図９に示す実施形態では、少なくとも１つのポート２３２は、グランド１８８に配設された２つのポートを含む。この実施形態では、グランド１８８は、図８に示すように、ポート２３２と流体連通する適切な接続インタフェースを含む。接続インタフェースは、１つ以上の流体ラインを形成する流体導管、配管、ホース等との接続のための簡単なインタフェースを提供する。流体ラインは、従来の方法で、流体カートリッジ２３６のようなオンボード又はローカル液体源、及び／又は遠隔に配置された液体源に接続することができる。
【００９９】
図５は、本開示の一側面に基づいて形成された流体回路の概略図である。流体回路は、光学組立体２０の実施形態に採用することができる。先に簡単に説明したように、第２の流体チャンバ２０８は、一実施形態では、ポート２３２を介して、非粘着性液体源２６８と流体連通して接続される。同様に、一実施形態における第１の流体チャンバ１８４は、液体源２６８と流体連通して接続される。これに関して、第１の流体チャンバ１８４へのアクセスは、ポート２７０によって提供される（図３及び図８も参照）。図に示す実施形態では、ポート２７０はキャップ１６８内に配設されている。この実施形態では、１つ以上の流体ラインを形成する流体導管、配管、ホース等との接続のための簡単なインタフェースを提供するために、適切な流体継手を使用することができる。
【０１００】
図５に示すように、第１の流体チャンバ１８４は、流体ライン２８４を介して非粘着性液体源２６８に接続されている。第２の流体チャンバ２０８は、逆止弁２８６、２８８並びに流体ライン２９０、２９２を介して液体源２６８に流体連通するように接続されている。一実施形態では、流体ライン２９２は、流体ライン２８４と流体連通し、液体源２６８に接続されている。図示された実施形態では、逆止弁２８６は、流体ライン２９０に関連付けられ、第２の流体チャンバ２０８から液体源２６８への流体の流れを可能にするが、液体源２６８から第２の流体チャンバ２０８への逆流は防止している。逆止弁２８８は、ライン２８４、２９２を介する液体源２６８から第２の流体チャンバ２０８への流体の流れを可能にするが、第２の流体チャンバ２０８から液体源２６８への流体の流れを防止するように構成されている。一実施形態では、逆止弁２８６と液体源２６８との間の流体ライン２９０のライン内にオプションのフィルタ２６０が配置される。オプションのフィルタ２４６は、汚染粒子の大きさが光学シリンダの表面粗さに近づくような状況等において、必要に応じて使用することができる。液体源２６８が流体カートリッジを含む一実施形態では、フィルタ２４６は、流体カートリッジ内に組み込まれる。
【０１０１】
清掃サイクルの間に光学組立体２０を動作させる代表的な１つの方法を、図２〜図１０を参照して説明する。先に簡単に説明したように、光学組立体は、図３に示すように、伸長された状態の光学シリンダ１２４を用いて、その環境内で動作する。例えば、１つ以上のコントローラ４０の少なくとも１つによって決定された所定の時間の経過後、又は光学窓が汚れたことを示す信号によって、光学シリンダ１２４は、１つ以上のコントローラ４０の制御下で清掃サイクルを開始するように作動される。上に簡潔に記載し、後により詳細に説明するように、清掃サイクルは、例えば２つの段階を含む。
【０１０２】
ここでは、１つ以上のコントローラ４０が光学組立体２０の「オンボード」に配置されているように示しているが、１つ以上のコントローラ４０の少なくとも１つは、リモート位置に「オフボード」で配置してもよいことは明らかである。一実施形態では、「オンボード」コントローラは、「オフボード」コントローラから制御信号及び他の信号を受信するように構成されている。１つ以上のコントローラ４０は、駆動機構３０、１つ以上のセンサ、例えば、センサ１６０、光近接センサ２６４及び／又は汚れ／デブリセンサ３００等と電気的に接続される。１つ以上のコントローラ４０は、光学シリンダ１２４の動きを制御するロジックを含む。このロジックは、ハードウェア、ソフトウェア、及びそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない様々な構成で実現できることは、当業者にとっては明らかである。幾つかの実施形態では、コントローラ３６は、プロセッサ及びメモリを含む。メモリは、例えば、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及びキープアライブメモリ（ＫＡＭ）の形態の任意の揮発性及び不揮発性記憶媒体であってもよい。コンピュータ可読記憶媒体は、ＰＲＯＭ（プログラマブルリードオンリーメモリ）、ＥＰＲＯＭ（電気ＰＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気消去可能ＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又はデータを記憶することができる他の任意の電気、磁気、光学、又はこれらの組み合わせの周知のメモリデバイスの何れによって実現してもよい。データは、少なくとも駆動機構３０の動作を制御する際にプロセッサによって使用される実行可能命令を含む。
【０１０３】
本明細書で使用されるプロセッサという用語は、当技術分野でコンピュータと呼ばれる集積回路に限定されず、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、プログラマブルロジックコントローラ、特定用途向け集積回路、他のプログラマブル回路及びこれらの組み合わせ等を広範囲に意味する。一実施形態では、プロセッサは、メモリに格納された命令を実行して、駆動機構等に適切な制御信号を提供する。
【０１０４】
一実施形態では、上述した液体として使用される液体の「乾燥」期間に基づいて、所定の時間が選択され、１つ以上のコントローラ４０にプログラムされる。これに関して、「乾燥」期間は、流体の蒸気圧、周囲温度、及び光学シリンダの露出部分が受ける対流の程度に部分的に依存する。したがって、一実施形態では、所定の時間は、光学シリンダ上の液膜が乾燥又は蒸発するのに要する時間よりも短くなるように選択される。
【０１０５】
清掃サイクルの第１段階は、流体シリンダ１５８に対する光学シリンダ１２４の第１の方向への移動を含む。これに関して、送りねじ１６４等のリニアアクチュエータは、１つ以上のコントローラ４０からの適切な信号によって制御され、光学シリンダ１２４を図３に示す第１の位置又は定位置から図４に示す退避位置に退避させる。光学シリンダ１２４が流体シリンダ１５８内に退避すると、光学シリンダ１２４上に存在する汚染物質は、ワイパー２１８によって光学シリンダ１２４に対して下方に押され、そこから除去される。一実施形態では、汚染物質が十分に蓄積されると、汚染物質は、ハウジング２２の開放底部を通って光学シリンダ１２４から（重力によって）落下する。このようにして、ワイパー２１８は、光学窓１２８を含む光学シリンダ１２４の外表面を清掃する。光学シリンダが地面に対して鋭角に配置される幾つかの実施形態では、光学シリンダは、その自由端をシールするキャップを更に含むことができる。この実施形態及び他の実施形態では、キャップは、液体を地面に案内するのを容易にするように円錐形に形成される。
【０１０６】
ワイパー２１８が移動光学シリンダ１２４の外表面を清掃すると、光学シリンダ１２４と共に移動するピストン１７２は、第１の流体チャンバ１８４内に存在する非粘着性液体をポート２７０から押し出し、流体ライン２８４を介して液体源２６８に戻す。同時に、非粘着性液体は、逆止弁２８６、２８８の動作のために、流体ライン２９２のみを通って第２の流体チャンバ２０８に引き込まれる。具体的には、逆止弁２８６は、フィルタ２６０及び流体ライン２９０を通る液体の流れを防止し、一方、逆止弁２８８は、流体を流体リザーバから第２の流体チャンバ２０８への方向に流れるようにする。これにより、流体は、一方向のみでフィルタ２６０を通過する。このようにして、フィルタに含まれる任意の粒子の再循環が防止される。流体が第２の流体チャンバ２０８を満たすと、光学シリンダ１２４の外部が非粘着性液体に浸漬される。
【０１０７】
第２の段階は、光学シリンダ１２４を第１の方向とは反対の第２の方向に移動させて、光学シリンダ１２４を第１の位置又は定位置に戻すことを含む。これに関し、送りねじ１６４等のリニアアクチュエータは、１つ以上のコントローラ４０から供給される適切な信号によって制御され、光学シリンダ１２４を伸長させて、図４に示す第２の位置、すなわち退避位置から、図３に示す第１位置、すなわち定位置に移動させる。この段階の間、光学シリンダ１２４は、流体シリンダ１５８から延び出しているので、光学窓１２８を含む光学シリンダの外表面には、非粘着性液体の新鮮な層が付着し、これによりコーティングされる。流体層の厚さは、光学シリンダの表面粗さ、一次シールの粗さ、一次シールの硬度、一次シール上に塗布されたスクイーズの量、及び光学シリンダの相対移動速度等の様々な要因に依存する。
【０１０８】
また、光学シリンダ１２４の伸長により、第１の流体チャンバ１８４は、流体カートリッジ２３６等の液体源からライン２８４及びポート２７０を通って供給される流体で満たされる。ピストン１７２の吸引作用により第１の流体チャンバ１８４の圧力が低下すると、液体は第１の流体チャンバ１８４を満たす。同時に、第２の流体チャンバ２０８内の流体は、ポート２３２からライン２９０、２９２を通って、逆止弁２８６、２８８に押し出される。ここで、逆止弁２８６のみが流体を通過させ、流体は、引き続きオプションであるフィルタ２６０を通って流体カートリッジ２３６等の液体源に流れ込む。一方、逆止弁２８８は、流体ライン２９２を通る流体の更なる流れを阻止する。
【０１０９】
先に簡単に説明したように、清掃サイクルは、所定の時間の経過、光学窓が汚れたことを示す信号等の何れかによって開始することができる。様々な手法によって、清掃サイクルの開始が望ましいことを感知することができる。例えば、光学デバイスがカメラである場合、カメラ画像自体を使用して、シミ／汚れを検出でき、又は画像に影響を与える雨滴を検出することができる。他の実施形態では、汚れ／デブリ検出センサによって信号を生成する。
【０１１０】
図１２及び図１３は、本開示の実施形態で採用することができる汚れ／デブリ検出センサ３００の一実施形態を示す。図１２に示すように、センサ３００は、光学シリンダの明瞭度の状態を測定及び／又は検出する。図１２に示す実施形態では、センサ３００は、エミッタ３０４及び検出器３０８を含む。一実施形態では、センサ３００は、レーザ等の単一周波数エミッタと、エミッタによって生成された波長を検出するのに適した狭帯域幅検出器とを含む。一実施形態では、エミッタ３０４及び検出器３０８は、図１３に示すように、保持部１４６内に取り付けることができる。エミッタ及び検出器が開口部１５０に近ければ近いほど、光学デバイスの視野の清浄度に対する感受性が向上することは明らかである。
【０１１１】
図１３は、エミッタ３０４及び検出器３０８が取り付けられている光学シリンダの断面を示す。図１４Ａ及び図１４Ｂの概略図に示すように、エミッタ３０４の角度は、光学シリンダ１２４の臨界屈折角よりも小さく、この結果、光学シリンダ内で屈折した後の光線３１０は、再び屈折して戻ることなく、環境に出射される。更に、エミッタ３０４は、光学シリンダ１２４の外側の光線３１０の出口点３１４が検出器３０８の直前に位置するように配置される。反射光の捕捉を最大にするために、他の実施形態の検出器３０８は、図１５Ａ〜図１５Ｂに示すように、エミッタ３０４と同じ円の半径に対してエミッタ３０４と同じ角度を形成するように配置することができる。光学シリンダ１２４が清浄であるとき、光線３１０は、図１４に示すように、検出器３０８に影響を与えることなく環境に出る。一方、汚染物等の障害物３１８が存在する場合、光線３１０は、図１５に示すように、入射点において様々な方向に反射して戻る。
【０１１２】
幾つかの実施形態では、検出器３０８で検出された光が太陽に由来するかエミッタ３０４に由来するかを区別するために、エミッタ３０４は、１つ以上のコントローラ４０によって１秒に数回定期的にパルスされる。一実施形態では、１つ以上のコントローラ４０は、エミッタ３０４がオンであるときの検出器３０８の出力と、エミッタ３０４がオフである時間とを比較する。差が一貫して一定の閾値よりも大きい場合、そのような差は、光学シリンダが物体によって遮られていることを示す。一実施形態におけるこの分析は、１つ以上のコントローラ４０の少なくとも１つによって搭載される。結果は、遠隔システムに伝達することもできる。
【０１１３】
幾つかの実施形態では、検出器が太陽光に直接面している場合、センサが飽和することがあることが観察されている。任意の可能な飽和に対処するために、以下の解決策の任意の組み合わせを実施することができる。
【０１１４】
第１に、（センサの帯域幅内の）センサへの入射光をフィルタリング及び減衰させることにより、検出器を飽和させる前に十分なマージンを生成することができる。これにより、エミッタによって放射される光も減衰する。したがって、エミッタのパワーは、その動作時に検出値の適切な変化を生成するように、この減衰に応じて調整することができる。
【０１１５】
第２に、エミッタ及び検出器の波長は、大気の要素のために著しく減衰される大気吸収帯内に含まれるように選択してもよい。これにより、検出器の飽和を考慮する必要性が低下する。
【０１１６】
第３に、図１６に示すように、一対のエミッタと一対の検出器とを有するセンサ３００の他の実施形態を採用することができる。図１６に示すように、検出器３０８は、一方の検出器が太陽に面しているときに、他方の検出器が太陽に面さないような向きになるように配置することができる。このような設計により、全ての検出器が同時に飽和することが防止される。この場合、全てのセンサの出力が読み出され、１つ以上のコントローラ４０によって分析される。この実施形態では、飽和と判定された検出器の出力は省略される。
【０１１７】
図示された実施形態では、検出器３０８は矩形のトランスデューサとして示されており、両方とも互いに非常に異なる角度を向いており、このため、同じ光源について同時に飽和しないことが保証される。センサの湾曲した表面は外側に面し、幾つかの実施形態では、光学体の内側の湾曲と一致する。光学体と完全に接触するようにセンサ３００’を配置することによって、エミッタ３０４から検出器３０８に漏れる光の量を最小化することができる。幾つかの実施形態では、エミッタ３０４は、約９４０ｎｍの波長で光を出射する。
【０１１８】
上述の技術及び方法は、様々なデバイス、システム、及び組立体で使用することができる。更に、上述の技術及び方法は、光学組立体の他の構成で使用することができる。例えば、幾つかの用途では、一対の光学デバイスを有することが有益又は有利である。このようなアプリケーションの例は、カメラの視野に加えて奥行情報の計算を可能にするステレオカメラである。この例は、多くの異なる構成で実現することができる。例えば、他の実施形態に基づく光学組立体は、２つの光学デバイスを１つのより長い光学シリンダに統合する。この実施形態では、各光学デバイスがシリンダの両端部に配置され、光学シリンダの中央にピストンが取り付けられる。後により詳細に説明するように、他の構成も可能である。
【０１１９】
光学組立体の一実施形態は、通常、２つの光学組立体２０の動作部品を背中合わせに配置することによって形成される。この実施形態では、各々が液密ピストンに取り付けられた２つの別個の光学シリンダが使用される。この実施形態では、各光学シリンダは同じ流体シリンダを共有する。動作中、光学シリンダを清掃するためのワイピング動作は、個々の光学シリンダの伸長及び収縮を含む。完全に収縮した状態では、２つのピストンは互いに最も近接し、伸長した状態では、２つのピストンは、互いに最も離れる。
【０１２０】
この構成は、単に２つの光学デバイスを１つのデバイスにパッケージングすることが望まれる場合に有用である。但し、幾つかの用途では、ステレオカメラ等の光学デバイスは、それらの較正を維持するために、互いに対して固定することが好ましい。１つのサイクルから他のサイクルへのカメラ間の僅かな位置変動でさえ、ステレオカメラ対の性能に悪影響が及ぶ可能性がある。
【０１２１】
図１７は、光学デバイスが互いに固定されている、本開示の一側面に基づいて形成された光学組立体４２０の他の実施形態を示す。光学組立体４２０は、後により詳細に説明する相違点を除いて、上述した光学組立体２０と実質的に同様の構成を有し、同様に動作する。図１７及び図１８に示すように、光学組立体４２０は、中間のピストン１７２によって接合され、同じ流体シリンダ１５８内に封入された２つの光学シリンダを含む。このように、流体シリンダに対する２つの接合された光学シリンダの相対的な動きは、ワイピング作用を生じさせる。
【０１２２】
図１７及び図１８に示す実施形態では、２つの支持アーム４４０、４４２が中央でピストン１７２に取り付けられ、支持アームの他端は端部キャップ２１４に取り付けられている。支持アーム、ピストン及び端部キャップ間の接続は固定的な接続である。各側において、光学シリンダ１２４は、端部キャップ２１４とピストン１７２との間に軸方向に挟まれている。光学シリンダの各端部において、可撓性のガスケットが、光学シリンダと端部キャップとの間の界面を形成する。支持アームの長さ、光学シリンダの長さ、及びガスケットの厚さを選択することによって、ガスケットのスクイーズ量を調整することができる。更に、光学シリンダは、各端部でＯリングシールによって半径方向に規制されている。また、Ｏリングシールは、光学シリンダの各端部に液密シールを形成する
【０１２３】
光学デバイス１２６は、支持アーム４４０、４４２上に直接取り付けられる。このような配置は、２つの光学デバイスの互いに対する固定的な位置決めを確実にする。更に、光学シリンダ１２４は、全ての非固定的接続によって支持されているので、使用中の動的力によって生じる曲げ荷重から分離されている。このような荷重は、支持アームの固定的な接続を介して伝達される。
【０１２４】
この実施形態の清掃サイクルは、流体シリンダ１５８に対する光学シリンダ組立体の相対的な動きを含む。このような移動の間、液密ピストン１７２は、流体をそれぞれのポートに出入りさせる。この流れは、図５の流体回路で説明したものと同様の手法で使用することができる。但し、この実施形態では、図１９の流体回路５００に示すように、２つの逆止弁を追加して用いることができる。
【０１２５】
図２０は、本開示の一側面に基づいて形成された光学組立体５２０の他の実施形態を示す。光学組立体５２０は、後により詳細に説明する相違点を除いて、上述した光学組立体１２０と実質的に同様の構成を有し、同様に動作する。図２０〜図２２に示すように、光学組立体５２０は、外部流体シリンダ５５８に対して光学シリンダ５２４を往復運動させる二重送りねじの形態の駆動機構５３０を含む。
【０１２６】
光学シリンダ５２４内に配置され、或いは光学シリンダ５２４によって保護されるものは、少なくとも１つの光学デバイス１２６である。光学デバイス１２６は、４５度ミラー１４８又は他の反射媒体を介して、光学シリンダ５２４の半径方向に視線を有し、この視線は、光学窓１２８を通過している。使用時には、光学シリンダ５２４が図２０及び図２１の定位置にあるとき、光学窓１２８は、オプションのハウジング（図示せず）の開口に揃う。
【０１２７】
図２１に示すように、第１の光学シリンダ端部キャップ５６８は、Ｏリング、熱接着、化学結合等の適切な封止手段を用いて光学シリンダ５２４の一端を封止する。テーパ状の端部を有する第２の光学シリンダ端部キャップは、Ｏリング、熱接着、化学結合等の適切な封止手段を用いて、光学シリンダ５２４の他端を封止する。幾つかの実施形態では、第１及び第２の端部キャップは、支持アーム組立体に固定されている。これらの実施形態の幾つかでは、端部キャップと光学シリンダとの間に挟まれた可撓性のガスケットは、必要に応じて、減衰及び熱歪緩和を提供することができる。送りねじ５６４は、光学シリンダ５２４の側面の内方に延びている。送りねじの端部を検出するためのオプションのセンサ（図示せず）を設けてもよい。一実施形態では、センサの出力は、光学シリンダ５２４を作動させるときの１つ以上のコントローラ４０の少なくとも１つによって位置基準として使用される。これに代えて、送りねじが完全に後退したことは、モータ取付プレートに固定されたオプションのセンサによって検出してもよい。送りねじ５６４には、送りねじナット５７０が係合している。送りねじナット５７０は、取付ブラケット５７２に回転可能に固定されており、取付ブラケット５７２は、フレキシブルカップリングを介して、光学シリンダ端部キャップ５６８に取り付けられている。
【０１２８】
動作中、電動モータ５６６によって送りねじ５６４を時計回り及び反時計回りの両方向に回転させると、送りねじナット５７０、そしてこれにより、光学シリンダ５２４が、流体シリンダ５５８内で、例えば図２１及び図２２に示す位置の間を往復する。光学組立体１２０と同様に、電動モータ５６６は、適切な駆動信号によって制御され、光学シリンダ５２４を１つの完全なサイクル（すなわち、図２１の第１の位置又は定位置から図２２の退避位置又は清掃位置を経て図２１の第１の位置又は定位置に戻るサイクル）に亘って移動させることができる。図に示す実施形態における駆動機構５３０は、光学シリンダ５２４を移動させるが、駆動機構５３０は、これに代えて、流体シリンダ５５８を移動させるように構成することもできる。
【０１２９】
再び図２０〜図２２を参照すると、光学シリンダ５２４の少なくとも一部が流体シリンダ５５８内を往復運動する。図２０〜図２２に示すように、上側及び下側のグランド５８８、５９０は、流体シリンダ５５８の端部に密封可能に取り付けられている。各グランド５８８、５９０は光学シリンダ５２４を取り囲み、光学シリンダ５２４がそこを通過して往復することを可能にする。図２１及び図２２に示す実施形態では、グランド５８８、５９０は、光学シリンダ５２４が案内されて往復運動する内孔を画定する。光学シリンダ５２４、流体シリンダ５５８、及びグランド５８８、５９０は、組み立てられると、協働して流体チャンバ６０８を画定する。具体的には、流体チャンバ６０８は、光学シリンダ５２４の外表面と流体シリンダ５５８の内表面との間に形成される。幾つかの実施形態では、下部グランド５９０は、流体チャンバ６０８にアクセスするための入口（図２１〜図２２には図示せず）を含む。
【０１３０】
更に図２１及び図２２を参照して説明すると、上側及び下側のグランド５８８、５９０は、それぞれ、流体チャンバ６０８を密封するように構成及び配置された一次シール２１６を含む。図に示す実施形態では、光学シリンダ５２４の外表面とグランド５８８、５９０の内孔面との間に密閉作用が生じる。幾つかの実施形態では、一次シール２１６は、光学シリンダ５２４の外表面とグランド５８８、５９０の内孔面との間で圧縮される。一次シール２１６は、異なる構成を有していてもよことは明らかである。例えば、下部一次シールは、その流体膜塗布特性を有するように構成され、上部一次シールは往復運動時の摩擦を低減するように構成してもよい。
【０１３１】
使用中、流体チャンバ６０８は、一定量の非粘着性液体を貯蔵する。下部一次シール２１６は、流体チャンバ６０８を密封しながら、少なくとも光学窓５２８を覆う流体の層の塗布又は維持を補助する。これにより、光学シリンダ５２４が流体シリンダ５５８に対して往復移動すると、光学シリンダ５２４の少なくとも光学窓が、そこに配置された液体と流体接触する。光学窓が反対方向に往復運動して、光学窓が流体チャンバ６０８内の流体接触から解除されると、下部一次シール２１６は、光学シリンダ５２４が図２０及び図２１の定位置に戻るときに、光学窓上に残る非粘着性液体の薄層の形成を補助する。このようにして、少なくとも流体チャンバ６０８及び下部一次シール２１６は、協働して、流体供給機構３６の実施形態を構成する。
【０１３２】
更に図２１〜図２２を参照すると、下部グランド５９０は更に、光学シリンダ５２４の外表面とグランド５９０の内孔面との間に配置された二次シール２１８を含む。二次シール２１８は、一次シール２１６よりも光学シリンダ５２４の自由端により近くに配置される。幾つかの実施形態では、二次シール２１８も鋭利な端部を有し、光学シリンダ５２４に向かって内側方向に鋭角に先細になるように構成される。二次シール２１８は、更に、その最も外側のエッジが光学シリンダ５２４に対して同一平面になり、光学シリンダ５２４に対して正の圧力を加えるように構成及び配置される。このように、二次シール２１８は、流体を封止するのではなく、汚染物を擦り取る及び／又は拭き取るように構成されるので、ワイピング要素又はワイパー（「ワイパー２１８」）と呼ぶこともできる。また、ワイパー２１８は、光学体清掃機構３２の実施形態を構成する。
【０１３３】
図に示す実施形態では、流体チャンバ６０８は、任意の不透過性ベローズ６１２によって形成された内部空洞６１０に接続することができる。図に示す実施形態では、一端のベローズ６１２は、上部グランド５８８に対してシールされ、他端はキャップ５６８に対してシールされる。この構成により、流体チャンバ６０８に対する光学シリンダ５２４の移動時、又はこの逆の関係の移動時に、ベローズ５１２の伸長及び圧縮が可能になる。この実施形態では、上部グランド５８８には、流体がベローズ６１２の内部空洞６１０と流体チャンバ６０８との間を流れることを可能にするように構成された複数のチャネル６１４が形成されている。もちろん、チャネル６１４は、ベローズ６１２のない実施形態では省略される。この実施形態及び他の実施形態の下部グランド５９０は、図２３の流体回路に示すように、入口６６２を介して流体ブラダ６５６に接続される。流体ブラダ６５６又は他の流体リザーバは、余分な流体を貯蔵し、必要に応じて、オプションのフィルタ媒体及び１つ以上の方向性バルブ（例えば、傘形弁、逆止弁等）を介して入口６６２に接続される。
【０１３４】
動作中、光学シリンダが図２１の位置から図２２の位置に移動すると、ベローズ６１２が伸長し、内部空洞６１０及び流体チャンバ６０８内の圧力が低下し、流体ブラダ６５６から排出された液体が流体チャンバ６０８に引き込まれる。光学シリンダ５２４が図２２の位置から図２１の位置に移動すると、ベローズ６１２が圧縮され、内部空洞６１０及び流体チャンバ６０８内の圧力が上昇し、流体チャンバ６０８内の流体は、入口６６２を介し、オプションのフィルタを通って、ブラダ６５６に流れ込む。このように、ベローズ６１２及び流体ブラダ６５６を追加することにより、液密ピストンの実施形態に比べて、必要な作動力が小さくなり、より小さい又は同様のパッケージで、より速い清掃サイクルが実現される。
【０１３５】
なお、この設計は、一次シール２１６の周りに流体の流れを提供し、これにより、以下のような２つの異なる利点が生じる。（１）デバイスが非通常の向きで使用されている場合でも一次シール上の流体が枯渇することが防止される。（２）一次シール上に沈殿する可能性がある汚染物が攪拌される。これにより、濾過の動作中に、汚染物質が浮遊し、濾過媒体を通って圧送されることが保証される。
【０１３６】
幾つかの実施形態では、液体をポンピングするために使用されるストロークから、光学窓を清掃するためのストロークの量を切り離すことが望ましい場合がある。これらの実施形態では、ベローズの光学シリンダ端部キャップへの接続を解除することができる。これに代えて、ベローズは、より小さな直径の他の内部ベローズによって補完してもよい。この実施形態では、２つのベローズは上部がシールされ、下部は上部の１次シールグランドに接続され、流体チャネルはその間に位置する。内部の圧縮バネは、２つの接続されたベローズを直立させることができる。伸長時に、光学シリンダの端部キャップは、この折り畳み可能なタンクを押圧及び圧縮し、液体をポンピングし、収縮の間、内部圧縮バネは２つのベローズを再び直立させ、これによって、液体を引き戻す。この実施形態では、ポンピングのためのストロークは、清掃動作のストロークよりも小さくすることができる。
【０１３７】
上述したように、幾つかの用途では、一対の光学デバイスを有することが有益又は有利である。このようなアプリケーションの例は、カメラの視野に加えて奥行情報の計算を可能にするステレオカメラである。この例は、多くの異なる構成で実現することができる。例えば、他の実施形態に基づく光学組立体は、光学組立体５２０等の２つの光学デバイスを１つのより長い光学シリンダに統合する。他の実施形態では、２つのベローズは、共有されたベローズ又は２つの接続されたベローズに置き換えることができる。この実施形態では、流体ポートは、ベローズ内又は何れかのグランドに埋め込まれるように選択することができる。
【０１３８】
図２４及び図２５は、本開示の一側面に基づいて形成された光学組立体７２０の他の実施形態を示す。図２４は、光学組立体７２０の斜視図である。図２５は、図２４の光学組立体７２０の断面図である。図２４及び図２５に示すように、光学組立体７２０は、光学体７２４、流体塗布器７３６、及び光学体清掃機構７３２を含む。図に示す実施形態では、光学体７２４は、その中に１つ以上の光学デバイス１２６を収容する光学シリンダとして形成される。この実施形態では、光学シリンダ７２４は、中心軸Ａの周りに適切に構成され、配置された駆動機構（図示せず）によって回転され、これによって、流体塗布器７３６及び光学体清掃機構７３２の両方に対して光学窓が移動する。幾つかの実施形態では、回転は一方向のみであり、他の実施形態では回転は往復回転又は角振動を含む。
【０１３９】
この実施形態の流体塗布器７３６は、端部が開放されたハウジング７３８を含む。ハウジング７３８は、ハウジング７３８によって画定される開口と流体連通する流体チャンバ７４０を含む。ハウジング７３８の開放端は、光学体７２４と同一平面になるように構成され、開口の周囲に配置された溝を含む。溝は、一次シール２１６を受け入れるように構成されている。流体チャンバ７４０にアクセスするために、ハウジング７３８には、オプションの入口７４２が設けられている。
【０１４０】
光学体清掃機構７３２は、ワイパーとして形成されており、ワイパーは、鋭いエッジを有し、光学シリンダ７２４の外表面に向かって内側方向に鋭角に先細になるように構成される。ワイパーは、更に、その最も外側のエッジが光学シリンダ７２４の外表面と同一平面になり、光学シリンダ７２４の外表面に対して正の圧力を加えるように構成及び配置される。幾つかの実施形態では、ワイパーは、一次シール２１６と同様の硬度値を有するエラストマから製造される。他の実施形態では、ワイパーは、一次シール２１６よりも大きな硬度値を有するエラストマから製造される。一実施形態では、ワイパーは、約８５〜９５の範囲のショアＡ硬度を有する
【０１４１】
図２４及び図２５に示す実施形態では、ワイパーは、流体塗布器を囲んでいないので、ワイパーと流体塗布器との間の空間に汚染物が入り、ワイパーをバイパスして、流体塗布器に接触する可能性がある。このような状況を防止するために、オプションとして、ワイパーと流体塗布器との間の空間を封止してもよく、幾つかの実施形態では、完全に封止してもよい。これに関して、光学組立体７２０は、オプションのエンクロージャ７４４を含む。図に示す実施形態では、ワイパーは、異物のスクレーパとしても機能するように構成されたエンクロージャ７４４に取り付けられている。
【０１４２】
幾つかの実施形態では、エンクロージャ７４４と光学体７２４との間には、部分的又は完全に円形のシールプレート７４６が設けられる。この場合、第１及び第２のシールプレート７４６は、ワイパーの両側に配置される。幾つかの実施形態では、第１及び第２のシールプレート７４６は、光学体７２４に固定される。これらの実施形態では、接着剤、１つ以上のＯリング等を介して固定を実現することができる。シールプレート７４６とエンクロージャ７４４との間の界面は、ブッシングで用いられているものと同様の２つの剛性材料間の界面であってもよい。幾つかの実施形態では、エンクロージャ及び封止プレートの材料は、低摩擦界面が実現されるように選択することができる。
【０１４３】
他の実施形態では、第１及び第２のシールプレート７４６は、エンクロージャ７４４に固定される。これらの実施形態では、シールプレート７４６と光学シリンダ７２４との間の界面は、回転シールと同様に振る舞う。これに関して、シャフトオイルシールやベアリングアイソレータ等の回転式動的シーリングに使用される適切なシールを使用することができる。このようなシールの例としては、Ｐａｒｋｅｒ  Ｈａｎｎｉｆｉｎ  Ｃｏｒｐ．の「ＦｌｅｘｉＣａｓｅ（商標）ＣＥＥ」、「ＦｌｅｘｉＳｅａｌ  ＦＦ」、及び「ＦｌｅｘｉＬｉｐ  Ｒｏｔａｒｙ」等がある。更に他の実施形態では、各シールプレートは、２つのインターリーブプレート、すなわち、外側シールプレート及び内側シールプレートから構成してもよい。これらの実施形態では、外側プレートは、エンクロージャ７４４に固定され、内側プレートは、光学体７２４に固定される。また、これらの実施形態においては、ベアリングアイソレータとして使用されるような他のラビリンス型のシール形状も有効である。本開示の実施形態では、ＰｒｏＴｅｃｈ（商標）ベアリングアイソレータのＰａｒｋｅｒシリーズを採用することができる。
【０１４４】
図２６及び図２７は、本開示の一側面に基づいて形成された光学組立体８２０の他の実施形態を示す。図２６は、光学組立体８２０の斜視図である。図２７は、図２６の光学組立体８２０の断面図である。光学組立体８２０は、以下に説明する相違点を除いて、構成及び動作において光学組立体７２０と実質的に同一である。図２６及び図２７に示すように、光学組立体８２０は、光学体８２４、流体塗布器８３６、及び光学体清掃機構８３２を含む。図に示す実施形態では、光学体８２４は、光学平面を有する光学プレートとして形成される。光学体は、１つ以上の光学デバイス１２６を保護する。この実施形態では、適切に構成され配置された駆動機構（図示せず）によって光学プレートが直線的に往復運動され、これによって、光学窓８２８が流体塗布器８３６及び光学体清掃機構８３２の両方に対して移動される。
【０１４５】
また、この実施形態の流体塗布器８３６は、端部が開放されたハウジング８３８を含む。ハウジング８３８は、ハウジング８３８によって画定される開口と流体連通する流体チャンバ８４０を含む。ハウジングの開放端は、光学体８２４と同一平面になるように構成され、開口の周囲に配置され、一次シール２１６を受け入れるように構成された溝を含む。流体チャンバ８４０にアクセスするために、ハウジング８３８には、オプションの入口８４２が設けられている。
【０１４６】
光学体清掃機構８３２は、ワイパー又はスクレーパとして形成されており、鋭いエッジを有し、光学シリンダ８２４の外表面に向かって内側方向に鋭角に先細になるように構成される。ここでも、ワイパーは、その最も外側のエッジが光学シリンダ８２４の外表面と同一表面になり、光学シリンダ８２４の外表面に対して正の圧力を加えるように構成及び配置される。
【０１４７】
また、光学組立体８２０は、オプションのエンクロージャ８４４を含む。図に示す実施形態では、ワイパーは、エンクロージャ８４４に取り付けられている。幾つかの実施形態では、エンクロージャ８４４と光学体８２４との間のワイパーの両側に平行に延びるシールプレート８４６が設けられる。各シールプレート８４４の端部には、光学体８２４とインタフェースするためのリップタイプのシールが設けられている。これらの実施形態においても、ラビリンス型のシール形状が有効である。
【０１４８】
図２８〜図３０は、本開示の一側面に基づいて形成された光学組立体９２０の他の実施形態を示す。図２８は、光学組立体９２０の斜視図である。図２９は、図２８の光学組立体の平面図である。図３０は、図２９の光学組立体９２０の断面図である。光学組立体９２０は、以下に説明する相違点を除いて、構成及び動作において光学組立体７２０、８２０と実質的に同一である。図２８〜図３０に示すように、光学組立体８２０は、光学体９２４、流体塗布器９３６、及び光学体清掃機構９３２を含む。図に示す実施形態では、光学体９２４は、光学平面を有する光ディスクプレートとして形成される。光学体は、１つ以上の光学デバイス１２６を遮蔽又は保護する。この実施形態では、光ディスクプレートは、適切に構成され、配置された駆動機構（図示せず）によって軸Ａを中心に回転され、光学窓９２８が流体塗布器９３６及び光学体清掃機構９３２の両方に対して移動される幾つかの実施形態では、回転は一方向のみであり、他の実施形態では回転は往復回転又は角振動を含む。
【０１４９】
また、この実施形態の流体塗布器９３６は、端部が開放されたハウジング９３８を含む。ハウジング９３８は、ハウジング９３８によって画定される開口と流体連通する流体チャンバ９４０を含む。ハウジング９３８の開放端は、光学体９２４と同一平面になるように構成され、開口の周囲に配置され、一次シール２１６を受け入れるように構成された溝を含む。流体チャンバ９４０にアクセスするために、ハウジング９３８には、オプションの入口９４２が設けられている。
【０１５０】
光学体清掃機構９３２は、ワイパー又はスクレーパとして形成されており、鋭いエッジを有し、光学体９２４の外表面に向かって内側方向に鋭角に先細になるように構成される。ここでも、ワイパーは、その最も外側のエッジが光学体９２４の外表面と同一表面になり、光学体９２４の外表面に対して正の圧力を加えるように構成及び配置される。
【０１５１】
また、幾つかの実施形態では、光学組立体９２０は、オプションのエンクロージャ９４４を含む。図に示す実施形態では、ワイパーは、エンクロージャ９４４に取り付けられている。幾つかの実施形態では、エンクロージャ９４４は、リップタイプのシール等を介して、光学体９２４との間に密封界面を形成する。他の実施形態では、一体化された流体塗布器及びワイパー（図３１参照）を使用することができる。図３１の一体化された流体塗布器及びワイパーは、上述した光学組立体の他の実施形態でも使用することができる。
【０１５２】
本開示で使用する用語「上」、「下」、「垂直」、「水平」、「前方」、「後方」、「内側」、「外側」、「前」、「後」等の用語は、説明を明瞭にするためのものであり、特許請求の範囲を限定するものではないことは明らかである。更に、本明細書で使用する「含む」、「備える」又は「有する」及びその変形は、その後に列挙される項目及びその均等物、並びに更なる項目を含むことを意味する。特段の指定がない限り、本明細書における「接続された」、「連結された」及び「取り付けられた」という用語及びその変形は、広範囲に解釈され、直接的及び間接的な接続、連結及び取付を含む。
【０１５３】
以上、本開示の原理、代表的な実施形態、及び動作様式を説明した。しかしながら、保護されることが意図される本開示の側面は、ここに開示した特定の実施形態に限定さない。更に、本明細書に記載した実施形態は、限定的ではなく例示的なものと解釈される。本開示の思想から逸脱することなく、他の実施形態による変形及び変更が想到され、均等物を採用することもできる。したがって、特許請求の範囲に記載の本開示の思想及び範囲内には、そのような変形、変更、及び均等物の全てが含まれることは明らかである。
排他的な特徴又は権利が主張される本発明の実施形態は、以下のように定義される。
【図１】
0006715253.tif 000002
【図２】
0006715253.tif 000003
【図３】
0006715253.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0006715253.tif 000007
【図７】
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【図８】
0006715253.tif 000009
【図９】
0006715253.tif 000010
【図１０】
0006715253.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0006715253.tif 000014
【図１４Ａ】
0006715253.tif 000015
【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
0006715253.tif 000022
【図２０】
0006715253.tif 000023
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
0006715253.tif 000033
【図３１】
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