可变润湿性传感器装置盖

技术领域

本公开涉及保护装置和设备。

背景技术

车辆(例如，汽车、卡车、飞机、建筑设备、农场设备、自动化工厂设备)越来越多地配备有用于监测周围环境的传感器系统。光学相机、雷达和/或激光雷达系统可以用于检测和跟踪对象，例如以避开障碍物。此外，这样的系统可以用在车辆中以警告驾驶员或用户和/或采取躲避动作，并且在自主操作的车辆中也是有用的。安装在车辆或其他系统上的传感器通常用盖(例如，镜头盖)保护，以保护传感器免受环境条件的影响。可以周期性地清洁这样的盖以去除可能干扰信号的接收和传输的污垢和碎屑。

发明内容

在一个示例性实施例中，一种用于保护传感器装置的设备包括安装在传感器装置上的盖，盖包括由对传感器信号透明的透明材料制成的盖部分，盖部分包括具有润湿性的外表面，该润湿性根据沿着表面的选定方向上的润湿性梯度而变化。

除了本文所述的一个或多个特征之外，所述选定方向从表面上的选定点延伸到表面的边缘，润湿性沿着所述选定方向从选定点处的最大值减小到边缘处的最小值。

除了本文所述的一个或多个特征之外，所述表面是圆形的，所述选定点是所述表面的中心点，并且所述选定方向是径向方向。

除了本文所述的一个或多个特征之外，润湿性由接触角限定，并且梯度为选自静态接触角梯度、前进接触角梯度和后退接触角梯度中的至少一种的接触角梯度。

除了本文所述的一个或多个特征之外，接触角梯度为至少3度/毫米的静态接触角梯度。

除了本文所述的一个或多个特征之外，所述表面在所述表面上的选定点处具有最大静态接触角，静态接触角根据接触角梯度从最大接触角沿着朝向所述部分的边缘的方向减小。

除了本文所述的一个或多个特征之外，静态接触角梯度为至少3度/毫米，并且最大静态接触角为至少约100度。

除了本文所述的一个或多个特征之外，透明材料包括基础材料和一定浓度的组成材料，组成材料被配置为改变基础材料的润湿性，组成材料的浓度沿着所述选定方向变化以向所述表面赋予所述润湿性梯度。

除了本文所述的一个或多个特征之外，传感器装置选自光学相机、雷达装置和激光雷达装置中的至少一个。

在一个示例性实施例中，被配置为安装在车辆处的传感器装置包括用于监测车辆外部环境的传感器，以及安装在传感器装置上的盖。所述盖包括由对传感器信号透明的透明材料制成的盖部分，所述盖部分包括外表面，所述外表面具有根据沿着所述表面的所述选定方向上的润湿性梯度而变化的润湿性。

除了本文所述的一个或多个特征之外，所述选定方向从所述表面上的选定点延伸到所述表面的边缘，润湿性沿着所述选定方向从选定点处的最大值减小到边缘处的最小值。

除了本文所述的一个或多个特征之外，所述表面是圆形的，所述选定点是所述表面的中心点，并且所述选定方向是径向方向。

除了本文所述的一个或多个特征之外，润湿性由接触角限定，并且梯度为选自静态接触角梯度、前进接触角梯度和后退接触角梯度中的至少一种的接触角梯度。

除了本文所述的一个或多个特征之外，所述表面在所述表面上的选定点处具有最大静态接触角，静态接触角根据接触角梯度从最大接触角沿着朝向所述部分的边缘的方向减小。

除了本文所述的一个或多个特征之外，透明材料包括基础材料和一定浓度的组成材料，组成材料被配置为改变基础材料的润湿性，组成材料的浓度沿着所述选定方向变化以向所述表面赋予所述润湿性梯度。

在一个示例性实施例中，制造用于保护传感器装置的设备的方法包括提供对传感器信号透明的透明材料，以及构造要安装在传感器装置上的盖。构造所述盖包括向所述盖的包括外表面的部分赋予润湿性梯度，所述润湿性梯度使所述表面的润湿性在沿着所述表面延伸的选定方向上变化。

除了本文所述的一个或多个特征之外，所述选定方向从所述表面上的选定点延伸到所述表面的边缘，润湿性沿着所述选定方向从选定点处的最大值减小到所述边缘处的最小值。

除了本文所述的一个或多个特征之外，构造所述盖包括用所述透明材料形成主体，所述盖的所述部分是与所述主体分离的部件，向所述部件赋予润湿性梯度，以及将所述部件附接到所述主体。

除了本文所述的一个或多个特征之外，赋予润湿性梯度包括改变透明材料的成分的浓度。

除了本文所述的一个或多个特征之外，构造所述盖包括用透明材料形成所述盖的所述部分，并且在形成之后根据固化温度固化所述透明材料，其中固化所述材料包括施加沿着所述选定方向变化的固化温度。

当结合附图时，根据以下具体实施方式，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。

附图说明

其他特征、优点和细节仅通过示例的方式出现在以下具体实施方式中，具体实施方式参考附图，其中：

图1是包括传感器系统的机动车辆的俯视图，该传感器系统包括一个或多个传感器组件；

图2A和图2B描绘了传感器组件的示例和保护盖的实施例；

图3描绘了用于传感器装置或组件的保护盖的表面的实施例；

图4是描绘用于传感器装置或组件的保护盖的至少一部分的润湿性梯度的实施例的曲线图；

图5描绘了传感器组件的示例和保护盖的实施例；

图6描绘了具有润湿性梯度的表面的保护盖的部分的示例；

图7A-图7D描绘了图6的保护盖部分，并且示出了施加到保护盖部分的表面的液体的行为；

图8A-图8D描绘了图7A-图7D的液体的液滴的接触角的变化；以及

图9是描绘制造用于传感器装置或组件的盖和/或盖部分的方法的流程图。

具体实施方式

以下说明书本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。

根据一个或多个示例性实施例，本文描述了用于保护传感器装置的设备和系统。传感器装置可以是用于车辆或用于任何其他合适的应用的相机、雷达和/或激光雷达感测组件。“传感器装置”可以包括发送和/或接收信号的任何装置，并且不限于本文描述的具体示例。

诸如传感器盖的保护部件被配置为保护传感器装置免受碎屑、污垢、水和/或其他外部条件的影响。盖或盖的至少一部分(例如，盖的对应于传感器的视场的区域)对于传感器信号是透明的。传感器信号可以包括由传感器发射的信号和/或由传感器接收的信号。在一个实施例中，“透明”部件或部分是指能够将传感器信号通过其传输到足以允许传感器装置按预期操作的程度的部件或部分。

传感器盖包括具有可变润湿性特性(诸如接触角)的表面，该可变润湿性特性作为距表面上的选定点的距离的函数而变化。例如，表面具有在选定点(例如，表面的中心)处最高并且作为沿着距选定点的一个或多个选定方向(例如，径向方向)的距离的函数而减小的接触角。在示例中，盖是圆形盖(例如，平坦或凸形圆形盖)并且在表面处具有选定的最大接触角。基于润湿性或接触角梯度，接触角从最大值沿着径向方向从盖的中心朝向边缘减小。该表面可以被认为是自推进表面，因为梯度导致液滴以比这些液滴以其他方式行进的速度和/或加速度更高的速度和/或加速度沿着表面移动。

本文描述的实施例具有许多优点。例如，实施例提供了一种有效的方式来促进传感器装置盖的清洁，以及在使用期间保持盖清洁，而不损害性能。例如，盖的实施例的润湿性特性使得清洁更高效和有效。

图1示出了机动车辆10的实施例，其包括至少部分地限定乘员舱14的车身12。车身12还支撑各种车辆子系统，包括发动机组件16，以及用于支持发动机组件16和其他车辆部件的功能的其他子系统，诸如制动子系统、转向子系统、燃料喷射子系统、排气子系统等。

车辆10包括各种传感器和传感器系统，以便于车辆操作，例如自主操作、半自主操作、驾驶辅助、停车辅助、监视和警报。例如，车辆10包括一个或多个光学相机组件20，其被配置为拍摄诸如彩色(RGB)图像的图像。图像可以是静止图像或视频图像。

可以包括附加的装置或传感器。例如，一个或多个雷达组件22可以包括在车辆10中。尽管本文结合光学相机描述了实施例，但是它们可以与其他类型的传感器(诸如红外、雷达和激光雷达传感器)一起使用。

相机20和/或雷达组件22与一个或多个处理设备(诸如机载处理设备24和/或远程处理器26)通信。车辆10还可以包括用户界面系统28，用于允许用户(例如，驾驶员或乘客)输入数据、查看信息以及以其他方式与各种车辆子系统交互。

图2A和2B示出了相机组件20的示例。图2A是相机组件20的剖视图，图2B是相机组件20的透视图。在该示例中，相机组件20包括壳体30，壳体30被配置为安装在车辆10上或车辆10中的期望位置(例如，前格栅区域、侧面区域、后部等)。壳体30至少部分地包围相机32，并且包括保护盖34。保护盖34的至少一部分由透明材料(即，对可见光透明)制成，诸如透明聚合物或玻璃。例如，保护盖34的透明部分是透明透镜保护器36。

透镜保护器36的表面38具有被配置为沿着表面38推进水和/或其他液体或流体的润湿性特性。表面38是自推进的，因为润湿特性导致液滴在没有外力的情况下沿着表面38加速。换句话说，液滴以比它们在不存在本文所述的润湿性特性的情况下更高的速度和加速度移动。

在一个实施例中，润湿性通过接触角量化。“接触角”是指液体(例如，水或其他液滴)的表面与表面38之间的角度。接触角在零度和180度之间的范围内，其中较小的角度对应于较高的润湿性。接触角可以是静态接触角、前进接触角和/或后退接触角。

在一个实施例中，润湿性特性是润湿性梯度，其是润湿性随沿着选定方向距参考点的距离而变化的变化。润湿性梯度可以是接触角梯度。

所选择的方向是诸如表面38的表面上的方向或路径。例如，所选择的方向是沿着表面38的径向方向，其从透明透镜保护器36的表面上的中心点延伸到表面的边缘。然而，参考点不限于中心点，并且所选择的方向可以是沿着表面38的任何合适的方向。

应注意，润湿性特性(例如，接触角)可以根据梯度连续变化，或者以增量或阶梯式方式变化。例如，可以通过沿选定方向以增量或逐层改变润湿性来建立梯度。增量可以具有恒定的宽度或距离或者可变的宽度或距离。

图3示意性地示出了表面38的另一示例。在该示例中，表面38是对可见光(或其他信号，如果使用不同的传感器的话)透明的平坦圆形表面。表面38的面积由距离L限定，距离L被选择为使得表面38对应于相机32的视场。

表面38在一个或多个选定方向上具有润湿性梯度。在一个实施例中，润湿性梯度在沿着表面38的方向上施加，该方向从表面38的中心C延伸到表面38的边缘E。如果表面38是圆形的，则该方向可以是径向方向。

可以沿着不同的轴或方向实现润湿性梯度，以在表面38上实现期望的流体行为。例如，可以基于传感器装置在安装时相对于重力的取向来选择方向(例如，该方向可以是垂直方向或沿着表面38的重力方向)。在其他示例中，表面38可以具有沿着表面38上的圆形路径的润湿性梯度。

图4是曲线图40，其描绘了作为距表面38的中心C的距离D的函数的润湿性梯度G的示例。梯度G可以沿该方向恒定，如曲线42所示(例如，约3度/毫米(deg/mm)或更大的恒定梯度)。梯度G也可以是可变的(即，梯度本身作为距离的函数而变化)。例如，曲线44表示随着距中心C的距离D增加而线性增加的梯度，并且曲线46表示非线性梯度示例。

在一个实施例中，表面38可以包括表面38的具有不同梯度的多个部分或区域。例如，如本文进一步讨论的，表面38可以包括具有第一梯度的内部区域(例如，由小于表面38的半径的半径限定的中心区域)，以及围绕内部区域的具有第二不同梯度的外部区域。例如，内部区域可以具有较小的梯度，并且外部区域可以具有较大的梯度。

在一个实施例中，梯度(例如，接触角梯度)从表面(诸如表面38)上的选定点(例如，中心点)处的最大接触角值(例如，100度或更大)减小。梯度是负梯度，因为接触角根据梯度随着距选定点或中心点的距离而减小。

润湿性梯度和最大润湿性可以具有任何合适的值。润湿性梯度的示例是至少约3度/毫米的接触角梯度。最大润湿性的示例是至少约100度的最大接触角。

应当注意的是，可变润湿特性可以仅应用于盖的透明部分，或者可以应用于盖的其它部分。例如，除了具有润湿性梯度的透镜保护器36之外，保护盖34的其他表面可以被处理或以其他方式配置为具有本文所述的润湿性特性。

图5描绘了雷达组件22的示例和具有润湿性梯度的保护盖的示例。在该示例中，雷达组件22是包括壳体80的雷达组件，壳体80被配置为安装在车辆10上或车辆10中的期望位置处。壳体80包括圆柱形窗口形式的保护盖82。盖82的外表面84具有如本文所述的润湿性特性和/或润湿性梯度。

接触角可以测量为静态接触角，或者对于移动的液滴测量的动态接触角。例如，接触角可以测量为前进接触角和/或后退接触角。前进接触角和后退接触角之间的差异称为“接触角滞后”，因为前进接触角和后退接触角可能与化学组成有关，所以前进接触角和后退接触角(和/或接触角滞后)可以通过改变或控制本文所讨论的材料性质来控制。

图6是表面50(其可以与盖或盖部分或附接到其上的单独部件成一体)的示例。表面50可以是透镜保护器36的表面38(图2A)、盖82的外表面84(图5)或任何其他表面。在该示例中，润湿性对应于静态接触角，根据所选定的接触角梯度，静态接触角作为距中心的距离的函数而逐渐减小。接触角以连续的径向增量逐步减小。在该示例中，表面包括具有相对短的增量52的内部区域和具有相对长的增量54的外部区域。短增量52各自具有约0.5mm的径向宽度dr

图7A-7D描绘了由于包括表面形状和轮廓(例如，圆形和凸形)以及润湿性/接触角梯度的因素而导致的沿着表面50随时间的液体移动的示例。液体作为液体的初始液滴60施加在表面50的中心处(参见图6)。具体地，图7A描绘了液体在第一时间(从液体滴在表面上的时间起0.013秒)的移动，图7B描绘了液体在第二时间(0.038秒)的移动，图7C描绘了液体在第三时间(0.054秒)的移动，并且图7D描绘了液体在第四时间(0.079秒)的移动。如图所示，当液体穿过表面时，其分离成各种尺寸的液滴62。

图8A-8D描绘了在图7A-7D中指示的时间的液体的水滴62。图8A示出了在第一时间(0.013秒)的液滴62，图8B示出了在第二时间(0.038秒)的液滴62，图8C示出了在第三时间(0.054秒)的液滴62，并且图8D示出了在第四时间(0.079秒)的液滴62。

如图所示，水滴62在中心处或中心附近时具有较高的接触角，并且当水滴62朝向表面50的边缘行进时以连续较小的接触角扩散。

在上述示例中，液滴60在表面50的中心处具有约3.17mm的初始直径(D

以下是表面50的润湿特性和流体行为的另外的示例。在这些示例中的每一个中，dr

在第一附加示例中，Δθ

图9示出了制造保护设备或装置的方法70的实施例。方法70的各方面可以由一个或多个处理器排他地或与一个或多个人类操作者组合地执行。例如，方法70可以结合用于制造各种部件的制造系统和/或清洁系统来执行。

方法70包括由框71-74表示的多个步骤或阶段。方法70不限于其中的步骤的数量或顺序，因为由框71-74表示的一些步骤可以以与下面描述的顺序不同的顺序执行，或者可以执行少于所有步骤的步骤。

在框71处，提供对传感器信号透明的透明材料。例如，提供了用于相机组件的由聚合物或玻璃材料制成的镜头盖。如果期望将润湿特性应用于单独的部件，则可以提供单独的部件。可用于形成盖和/或部件的材料的示例包括聚合物，诸如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚四氟乙烯(PTFE)及其复合材料。

在框72处，盖或部件被处理或以其他方式改性以产生可变的润湿性特性(例如，一个或多个接触角梯度)。可以通过改变材料性质来应用润湿性特性。例如，可以通过改变疏水性和亲水性组成组分的相对浓度来处理盖的材料。

在一个实施例中，用于盖和/或部件的材料包括基底材料，例如玻璃或聚合物材料，并且包括可以影响接触角的一种或多种附加材料。可以改变这些附加材料的浓度以产生梯度。例如，PMMA聚合物可用于形成盖，并且二氧化硅和/或氧化钛的浓度根据所选定的接触角梯度而变化。可以通过提供具有连续较小浓度的二氧化硅或其他附加材料的连续层或环(例如，经由增材制造或其他工艺)来改变浓度。

其它方法包括改变覆盖材料的固化温度。不同的材料可以对固化温度的变化具有不同的响应。例如，对于PDMS，接触角随着固化温度的增加而增加。例如，可以通过用连续升高或降低的固化温度固化盖的材料的部分来赋予梯度。

如果表面是单独部件的一部分，则单独部件以任何合适的方式附接，例如通过粘附。例如，单独部件可以是通过粘合剂附接到盖的透明膜或层。

在框73处，将盖附接到传感器装置和/或传感器壳体以构造传感器装置，诸如相机组件20或雷达组件22。然后可以将传感器装置安装在车辆上或根据需要使用。

在框74处，在使用之后的某个时间，根据任何合适的清洁方法清洁盖。清洁方法的示例包括超声清洁、旋转清洁和固定表面清洁。应注意，清洁可以在任何时间发生。例如，可以在制造过程期间、在附接盖之前或在传感器装置使用之后的任何时间清洁盖。

虽然已经参考示例性实施例描述了上述公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。另外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。