CN107810444B - 用于先进驾驶员辅助***的相机加热器 - Google Patents

Abstract

一种用于防止先进驾驶员辅助相机上的雾和冰的聚集的加热器***提供腔室，其中所述腔室覆盖相机镜头并提供透明窗口，相机镜头可被引导穿过所述透明窗口。加热元件与镜头与透明窗口之间的气隙以及透明窗口的周边连通，以提供透明窗口的加热，而不阻挡由相机镜头接收的图像。

Description

用于先进驾驶员辅助***的相机加热器

相关申请的交叉引用

本申请主张2015年4月8日申请并且全文以引用方式并入本文中的第62/144,541号美国临时申请的权益。

技术领域

本发明总的来说涉及用于先进驾驶员辅助***(ADAS)等的车辆***，并且明确地说，涉及用于允许车辆外的成像相机在恶劣天气条件下操作的加热器***。

背景技术

先进驾驶员辅助***(ADAS)(例如，向驾驶员提供辅助以导引车辆的先进驾驶员辅助***)可使用被定位成监视车辆的环境的多个电子相机。例如，汽车环视相机***可使用面向不同方向安装在车辆周围的四到六个相机而向驾驶员提供车辆周围的区域的360度视角。类似相机***可用于车道偏离警告***、行人避让***、死角监视器、自动泊车等。

这些相机为了适当功能而进行的定位可使这些相机容易因霜、冰、雾和水雾而遭受图像降级。

发明内容

本发明提供“镜头盖”加热器，其中所述“镜头盖”加热器可在相机镜头上方附接到相机以提供被加热的组件，所述被加热的组件驱除并消散可使相机提供的图像降级的液体和冷冻水。在一个实施例中，所述组件提供外壳，其中所述外壳具有支撑拒水透明窗口的自包含加热元件。加热器通过加热窗口附近的较小空气体积来将热施加到窗口区域而不阻挡窗口区域，例如将热传递到窗口而不阻挡镜头。加热器可使用会提供自动温度调节的聚合物正温度系数(PTC)材料，从而简化加热器的控制。

具体来说，本发明提供一种用于先进驾驶员辅助相机的加热器，所述加热器具有外壳，所述外壳具有第一开口和第二开口，其中所述第一开口的尺寸被设定成穿过所述第一开口而将所述先进驾驶员辅助相机的镜头接纳在外壳容积中，并且所述第二开口提供透明窗口区域，当所述镜头定位在所述外壳容积中时，所述驾驶员辅助相机可透过所述透明窗口区域而接收图像。加热器元件可处于所述外壳中，在所述透明窗口区域外，以通过传导和对流中的至少一种而加热所述透明窗口区域。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是提供一种加热器***，其中所述加热器***可与各种不同先进驾驶员辅助相机一起工作以加强这些相机不受阻塞的雾和冰的影响。

所述透明窗口可用疏水材料来处理。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是促进液态水流下以提高加热器的效力。

所述第一开口可与所述镜头的大小相符以相对于所述相机来支撑所述外壳。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是提供容易在相机上安装和替换的“镜头盖”型设计。

所述加热器外壳可以是实质上圆柱形的。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是提供使水入侵的机会最小化的轻型加热器组件。

所述加热器元件可以是柔性聚合物片。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是提供可容易地调整以附接到外壳的各种表面的加热器元件。

所述加热器元件可通过粘合剂而附接到所述外壳。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是提供可适用于与独立制造的注射成型部件一起工作的加热器元件。

所述加热器元件可以是正温度系数材料。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是以稳固、抗振的形式提供温度调节，从而省去双金属恒温元件等。

所述加热器可包含电压源，用于施加电流通过所述加热器元件以将所述透明窗口区域加热到防止冰和雾的积聚的温度。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是提供可实际上使冷冻水融化并使雾消散的加热器元件。

所述外壳可固持所述镜头以在所述镜头与暴露于所述加热器的所述透明窗口区域之间提供气隙，以加热所述气隙中的空气，因此将热从所述加热器传导到所述透明窗口。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是避免需要直接加热相机镜头来从相机镜头移除冰或雾，其中直接加热可由于如下问题而被阻止：相机镜头对加热元件的可通达性以及相机镜头材料的高热阻。

本发明的其它特征和优点对于本领域的技术人员来说将在细阅具体实施方式、权利要求书和附图之后变得明显，在附图中，相同附图标记用于表示相同特征。

附图说明

图1是汽车的俯视平面图，示出如用于先进驾驶员辅助***的那些相机的实例相机位置和视野；

图2是图1的一个相机和本发明的镜头盖加热器***的分解立体图；

图3是沿着图2的剖切线3-3截取的横截面图，示出包含圆柱形加热器元件和透明窗口元件的镜头盖加热器***的部件；

图4是具有所涂覆的加热器元件的第一实施例中的镜头盖加热器***的分解立体图；以及

图5是与图3的横截面图垂直的横截面图，示出使用包覆成型的正温度系数材料的本发明的第二实施例。

在详细解释本发明的实施例之前，应理解，本发明的应用不限于以下描述中所阐述或附图中所图示的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例，并且以各种方式实践或执行。并且，应理解，本文所使用的用语和术语是出于描述的目的且不应视为限制性的。“包含”和“包括”及其变化形式的使用希望涵盖之后列出的项目与其等同物以及额外项目与其等同物。

具体实施方式

现参照图1，车辆10可提供多个相机12，例如，用于实施汽车环视相机***的CCD相机，其中所述相机各自具有方向偏离车辆10的中心的视野以提供360度成像。这些相机12可例如在安装在透过车辆10的车体而暴露的位置处或例如安装在侧翼后视镜上时暴露于环境污染。

现参照图2，相机12可提供圆柱形镜头筒14，其中圆柱形镜头筒14支撑镜头16以收集光来产生图像。镜头筒14的后基座可附接到相机主体18，其中相机主体18包含用于处理所接收的图像的电路并提供用于例如经由串行端口通信协议而从相机12传达高速图像数据的线束组件20。相机主体18可还包含用于将相机主体附接到车辆10的安装部19，其中镜头16从安装部19面向外而进入到车辆10周围的环境中。

现参照图2和图3，根据本发明的镜头盖加热器22可提供圆柱形套管24，其中圆柱形套管24的尺寸被设定成提供紧密装配在镜头筒14的外径上的内径，以使得圆柱形套管24可在镜头筒14上滑动以覆盖镜头筒14的近端。圆柱形套管24例如可由低热传导性的成型热塑性材料制成，并且可理想上是不透明的以提供抗离轴光的能力。齿或棘爪表面26可从圆柱形套管24的后唇缘向内延伸以将套管相对于镜头筒14中的凹槽而固持在适当位置中，或粘合剂或另一紧固机构可被设置成将圆柱形套管24在镜头筒14上固持在适当位置中。圆柱形套管24的前基座由圆盘形透明窗口28覆盖并在其周边处密封到圆柱形套管，以使得镜头盖加热器22在镜头16前方(当安装在镜头筒14上时)提供密封容积29，从而保护镜头16免受直接环境接触的影响。处于圆柱形套管24内(因此不受阻碍)的圆盘形透明窗口28的一部分界定透明窗口区域25。透明窗口28可以是透明热塑性材料或玻璃，其中所述透明热塑性材料或玻璃密封到圆柱形套管24的一端以防止水在透明窗口28与圆柱形套管24之间的界面处侵入。理想上，透明窗口28具有一定热阻和厚度以便容易通过其表面将热从容积29传导到透明窗口28的外表面。就这来说，透明窗口28可以是具有小于1/16英寸的厚度的热塑性材料或具有小于1/8英寸的厚度的玻璃。

透明窗口28的前表面可用例如硅酮材料等疏水材料来处理，或用纳米级表面来纹理化，或用类似材料涂布以在保持光学透明的同时驱除水。

现参照图4，圆柱形套管24可提供管状元件32，其中管状元件32紧密装配在镜头筒14上并粘合到大体上平面的透明窗口28或与大体上平面的透明窗口28模内成型。管状元件32可例如附接到柔性加热带34，其中柔性加热带34可装配在管状元件32的内壁上，并可提供内部涂层或可由例如正温度系数材料36形成。

在一个实施例中，正温度系数材料36可提供柔性聚合物片，其中柔性聚合物片可弯折或卷绕以容易与管状元件32的内表面相吻合。

可施加电极38以与正温度系数材料36接触，并且电极38可与端子40连通，以使得电力(通常是12伏)可经过电极38并接着经过正温度系数材料36。正温度系数材料36可对每平方英寸的加热器区域提供至少0.25瓦，并且视情况对每平方英寸的加热器区域提供超过2瓦。正温度系数材料36可适于对每平方英寸的透明窗口区域25提供至少0.75瓦，并且优选地对每平方英寸的透明窗口区域提供超过1.25瓦。

柔性加热带34可例如使用粘合剂或压敏胶带或薄膜而粘合到管状元件32的外圆周或内圆周，或可在注射成型工艺期间模内成型到圆柱形元件32。

正电阻温度系数导致流过材料的电流量根据材料的温度而变化，其中在较低温度下，电流量增加，并且在较高温度下，电流量减少。当跨越正温度系数材料36而施加实质上恒定的电压源时，此性质实现柔性加热带34的自调节温度。适用于本发明的正温度系数(PTC)加热器还公开在授予Leslie M.Watts的第4,857,711号和第4,931,627号美国专利中，所述专利的全部内容以引用方式并入本文。或者或另外，柔性加热带34可被提供以经脉宽调制的电压，从而提供恒定的平均电压或根据例如温度信号等反馈信号而变化的平均电压。

使用集成电路技术或各种其它制造工艺，电极38可例如使用导电金属墨水而网眼印刷，或例如由银、铝等金属的气相沉积，或作为薄贴膜而涂覆，或从所粘合的膜蚀刻而成。

因为例如经由上文所述的棘爪表面26而定位在相机12上并保持在相机12上，所以镜头16的前表面与透明窗口28的后表面间隔开以在镜头16的前表面与透明窗口28的后表面之间提供空气容积29。此空气容积29被设定大小成允许热从加热带34传导到透明窗口区域25上方的透明窗口28的整个表面。加热带34可因此通过对流并通过穿过接近加热带34的透明窗口28的周边的边缘热传导而加热透明窗口区域25。

现参照图5，在替代实施例中，端子40可附接到正温度系数材料36的固体成型裂口管，附接到裂口的两个相对侧上，以使得电力必须被传导通过正温度系数材料36的圆周。正温度系数材料36可与外部绝缘层42一起包覆成型，其中外部绝缘层42还在裂口内的端子40之间提供绝缘分隔物。

在这些实施例中的任一个中，由正温度系数材料36产生的大致向内的热将集中在容积29中，以加热透明窗口28，因此允许透明窗口28阻止雾、冰或雪在此窗口的外表面上聚集。窗口28的疏水或超疏水外表面将通常还使液态水48从透明窗口28的外表面流下。

导电引线44可附接到端子40并且通往电连接器46(示出在图2中)，其中电连接器46可连接到汽车线束以从例如汽车***等电压源向汽车线束提供电力。

前述内容的变化和修改处于本发明的范围内。应理解，本文所公开且定义的本发明延伸到所描述或从文字和/或附图知悉的个别特征中的两个或两个以上的所有替代组合。所有这些不同组合构成本发明的各种替代方面。本文所述的实施例解释已知用于实践本发明的最佳模式，并且将使本领域的技术人员能够利用本发明。权利要求书应被解释为在现有技术所允许的程度内包含替代实施例。

本发明的各种特征阐述在随附权利要求书中。

Claims (33)

1.一种用于先进驾驶员辅助相机的加热器***，所述加热器***包括：

镜头盖加热器，所述镜头盖加热器包括第一开口和第二开口，其中所述第一开口的尺寸被设定成使所述先进驾驶员辅助相机的镜头穿过所述第一开口而被接纳在容积中，并且所述第二开口具有透明窗口，所述透明窗口适于当所述镜头定位在所述容积中时允许所述先进驾驶员辅助相机接收图像，所述镜头和所述透明窗口沿轴线分开，所述镜头盖加热器进一步包括轴向延伸壁，所述轴向延伸壁延伸到所述透明窗口并且被配置成延伸到所述先进驾驶员辅助相机的所述镜头；以及

加热器元件，所述加热器元件在所述镜头与所述透明窗口之间沿所述轴向延伸壁延伸而不阻挡所述透明窗口，并且所述加热器元件被配置为通过加热所述镜头与所述透明窗口之间的空气体积以通过传导和对流中的至少一种而加热所述透明窗口。

2.根据权利要求1所述的加热器***，其中所述透明窗口的外表面用疏水材料来处理。

3.根据权利要求2所述的加热器***，其中所述疏水材料是硅酮材料。

4.根据权利要求1所述的加热器***，其中所述第一开口与所述镜头的大小相符以相对于所述相机来支撑所述镜头盖加热器。

5.根据权利要求4所述的加热器***，其中所述镜头盖加热器实质上是圆柱形的。

6.根据权利要求1所述的加热器***，其中所述加热器元件是柔性聚合物片。

7.根据权利要求6所述的加热器***，其中所述加热器元件通过粘合剂而附接到所述镜头盖加热器。

8.根据权利要求1所述的加热器***，其中所述加热器元件是正温度系数材料。

9.根据权利要求1所述的加热器***，还包含电压源，其中所述电压源用于施加电流以使其流过所述加热器元件以将所述透明窗口加热到防止冰和雾的积聚的温度。

10.根据权利要求1所述的加热器***，其中所述镜头盖加热器被配置成固持所述镜头以在所述镜头与暴露于所述加热器元件的所述透明窗口之间提供气隙，以加热所述气隙中的空气，因此将热从所述加热器元件传导到所述透明窗口。

11.根据权利要求1所述的加热器***，还包含所述先进驾驶员辅助相机，其中所述先进驾驶员辅助相机包含安装部，所述安装部用于安装到车辆以从所述车辆向外指向来观察所述车辆的环境。

12.根据权利要求1所述的加热器***，其中所述加热器元件包括与所述轴向延伸壁的内表面相吻合的卷曲的加热带。

13.根据权利要求1所述的加热器***，其中所述加热器元件通过加热所述镜头与所述透明窗口之间的空气体积以将热施加到所述透明窗口而不阻碍所述透明窗口。

14.根据权利要求1所述的加热器***，其中所述加热器元件不是通过接触所述透明窗口而加热所述透明窗口。

15.一种向安装在车辆上的先进驾驶员辅助相机提供能见度的方法，所述方法包括：

(a)将镜头盖加热器安装在所述先进驾驶员辅助相机的镜头上方，所述镜头盖加热器具有进入容积的第一开口和从所述第一开口沿轴线移位的第二开口，其中所述第一开口的尺寸被设定成接纳所述先进驾驶员辅助相机的所述镜头，并且所述第二开口提供透明窗口，所述透明窗口适于当所述镜头定位在所述容积中时允许所述先进驾驶员辅助相机接收图像；以及加热器元件，所述加热器元件附接到所述镜头盖加热器的轴向延伸壁上，所述轴向延伸壁延伸到所述透明窗口并且被配置成延伸到所述先进驾驶员辅助相机的所述镜头，并且所述加热器元件在所述镜头与所述透明窗口之间沿所述轴向延伸壁延伸而不阻挡所述透明窗口，以通过加热所述镜头与所述透明窗口之间的空气体积来通过传导和对流中的至少一种而加热所述透明窗口；以及

(b)使电流流过所述加热器元件以加热所述透明窗口而使所述透明窗口不受雾和冰中的至少一者的阻碍。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述透明窗口的外表面用疏水材料来处理。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述加热器元件是正温度系数材料,当所述电流在处于实质上恒定的电压时接通。

18.根据权利要求15所述的方法，其中所述镜头盖加热器固持所述镜头以在所述镜头与暴露于所述加热器元件的所述透明窗口之间提供气隙，以加热所述气隙中的空气，因此将热从所述加热器元件传导到所述透明窗口并在所述加热器元件与所述透明窗口的中心之间提供主要热传递路径。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述加热器元件包括与所述轴向延伸壁的内表面相吻合的卷曲的加热带。

20.根据权利要求15所述的方法，其中所述加热器元件不是通过接触所述透明窗口而加热所述透明窗口。

21.一种用于先进驾驶员辅助相机的加热器，所述加热器包括：

外壳，所述外壳具有第一开口和第二开口，其中所述第一开口的尺寸被设定成使所述先进驾驶员辅助相机的镜头穿过所述第一开口而被接纳在外壳容积中，并且所述第二开口提供透明窗口区域，当所述镜头定位在所述外壳容积中时，所述先进驾驶员辅助相机可透过所述透明窗口区域接收图像；以及

加热器元件，所述加热器元件在所述镜头与所述透明窗口区域之间附接到所述外壳而不阻挡所述透明窗口区域，以通过传导和对流中的至少一种而加热所述透明窗口区域，

其特征在于

其中所述相机包括支撑所述镜头的圆柱形镜头筒，并且所述外壳包括圆柱形套管，所述套管的尺寸被设定成紧密装配在所述镜头筒上并且包括有棘爪表面的一端和被所述透明窗口区域覆盖的另一端，所述棘爪表面将所述套管相对于所述镜头筒中的凹槽保持在适当位置中，从而形成容易在所述相机上安装和替换的镜头盖设计，所述套管在所述镜头和所述透明窗口区域之间提供密封容积，所述加热器元件被应用于所述套管的围绕所述密封容积的部分的内表面。

22.根据权利要求21所述的加热器，其中所述透明窗口区域的外表面用疏水材料来处理。

23.根据权利要求22所述的加热器，其中所述疏水材料是硅酮材料。

24.根据权利要求21所述的加热器，其中所述加热器元件是柔性聚合物片。

25.根据权利要求24所述的加热器，其中所述加热器元件通过粘合剂而附接到所述外壳。

26.根据权利要求21所述的加热器，其中所述加热器元件是正温度系数材料。

27.根据权利要求21所述的加热器，还包含电压源，其中所述电压源用于施加电流以使其流过所述加热器元件以将所述透明窗口区域加热到防止冰和雾的积聚的温度。

28.根据权利要求21所述的加热器，其中所述外壳固持所述镜头以在所述镜头与暴露于所述加热器元件的所述透明窗口区域之间提供气隙，以加热所述气隙中的空气，因此将热从所述加热器元件传导到所述透明窗口区域。

29.根据权利要求21所述的加热器，还包含所述先进驾驶员辅助相机，其中所述先进驾驶员辅助相机包含安装部，所述安装部用于安装到车辆以从所述车辆向外指向来观察所述车辆的环境。

30.一种向安装在车辆上的先进驾驶员辅助相机提供能见度的方法，所述方法包括：

(a)将加热器安装在所述先进驾驶员辅助相机的镜头上方，所述加热器具有：外壳，所述外壳具有第一开口和第二开口，其中所述第一开口的尺寸被设定成使所述先进驾驶员辅助相机的所述镜头穿过所述第一开口而被接纳在外壳容积中，并且所述第二开口提供透明窗口区域，当所述镜头定位在所述外壳容积中时，所述先进驾驶员辅助相机可透过所述透明窗口区域而接收图像；以及加热器元件，所述加热器元件在所述镜头与所述透明窗口区域之间附接到所述外壳而不阻挡所述透明窗口区域，以通过传导和对流中的至少一种而加热所述透明窗口区域；以及

(b)使电流流过所述加热器元件以加热所述透明窗口区域而使所述透明窗口区域不受雾和冰中的至少一者的阻碍，

其特征在于

其中所述相机包括支撑所述镜头的圆柱形镜头筒，并且所述外壳包括圆柱形套管，所述套管的尺寸被设定成紧密装配在所述镜头筒上并且包括有棘爪表面的一端和被所述透明窗口区域覆盖的另一端，所述棘爪表面将所述套管相对于所述镜头筒中的凹槽保持在适当位置中，从而形成容易在所述相机上安装和替换的镜头盖设计，所述套管在所述镜头和所述透明窗口区域之间提供密封容积，所述加热器元件被应用于所述套管的围绕所述密封容积的部分的内表面。

31.根据权利要求30所述的方法，其中所述透明窗口区域的外表面用疏水材料来处理。

32.根据权利要求30所述的方法，其中所述加热器元件是正温度系数材料,当所述电流在处于实质上恒定的电压时接通。

33.根据权利要求30所述的方法，其中所述外壳固持所述镜头以在所述镜头与暴露于所述加热器元件的所述透明窗口区域之间提供气隙，以加热所述气隙中的空气，因此将热从所述加热器元件传导到所述透明窗口并在所述加热器元件与所述透明窗口区域的中心之间提供主要热传递路径。

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