【導讀】如果您曾用過便攜式 CD 播放器，大概率懂得CD 被劃傷或弄髒後聽到跳音的感受。或許
，您也還記得 VHS 磁帶的纏繞問題、磁帶老化和圖像質量差的體驗。閃存作為一種經濟實用的固態解決方案，淘汰了這些複雜的機械存儲方式。

在如今的汽車行業，製造商可以通過使用微型雨刮器

、噴水器
、壓(ya)縮(suo)空(kong)氣(qi)和(he)其(qi)他(ta)係(xi)統(tong)來(lai)解(jie)決(jue)攝(she)像(xiang)頭(tou)和(he)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)清(qing)洗(xi)問(wen)題(ti)。然(ran)而(er)，由(you)於(yu)這(zhe)些(xie)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)價(jia)格(ge)昂(ang)貴(gui)且(qie)機(ji)械(xie)複(fu)雜(za)度(du)高(gao)，因(yin)此(ci)普(pu)及(ji)使(shi)用(yong)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)不(bu)大(da)。

本文介紹的超聲波鏡頭清洗 (ULC) 固態解決方案可實現攝像頭和傳感器的自清洗
，並且具有成本效益。

鑒於鏡頭尺寸和材料繁多，實現 ULC 的結構方法也多種多樣。那麼
，半導體如何發揮作用？盡管 ULC 可實現的功能不限於本文所述，為方便起見，本文將典型圓形攝像頭上的水滴作為汙染物進行演示。

要清洗鏡頭，可以施加一個力將水滴從鏡頭上排到視場 (FoV) 外
，或者也可以通過施加大於表麵張力的力將水滴霧化。正如我之前發表的技術文章“什麼是超聲波鏡頭清洗技術？”中講到的，ULC tongguogongzhenbingliyongxiangchangganshedegainian，jiangcongweixiaozhendongchanshengdenengliangfangdaweikeyiyidongshuidihuojiangqiwuhuadejiaoqiangnengliang。juyoushushuixingheshuyouxingdewaikekeyouxiaojiangdijingtoujixing

，youhua ULC 係統的性能。

驅動

要產生所需的振動，執行器必須產生必要的力
、具(ju)有(you)寬(kuan)帶(dai)寬(kuan)和(he)小(xiao)外(wai)形(xing)尺(chi)寸(cun)，並(bing)且(qie)具(ju)有(you)成(cheng)本(ben)效(xiao)益(yi)。壓(ya)電(dian)執(zhi)行(xing)器(qi)通(tong)常(chang)稱(cheng)為(wei)壓(ya)電(dian)換(huan)能(neng)器(qi)
，不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)滿(man)足(zu)這(zhe)些(xie)要(yao)求(qiu)，而(er)且(qie)其(qi)可(ke)靠(kao)性(xing)可(ke)滿(man)足(zu)軍(jun)事(shi)和(he)汽(qi)車(che)應(ying)用(yong)的(de)要(yao)求(qiu)。當(dang)對(dui)極(ji)化(hua)壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)的(de)電(dian)鍍(du)表(biao)麵(mian)施(shi)加(jia)一(yi)個(ge)電(dian)壓(ya)電(dian)勢(shi)
，其(qi)形(xing)狀(zhuang)會(hui)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)。如(ru)果(guo)電(dian)壓(ya)電(dian)勢(shi)本(ben)質(zhi)上(shang)是(shi)交(jiao)流(liu)的(de)，則(ze)壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)會(hui)以(yi)交(jiao)流(liu)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)產(chan)生(sheng)共(gong)振(zhen)。因(yin)此(ci)

，壓(ya)電(dian)換(huan)能(neng)器(qi)是(shi) ULC 中產生振動的有效執行器。圖 1 展示了兩個不同形狀的壓電材料被驅動產生振動而慢速運動。

圖 1：壓電換能器被驅動產生慢速運動的動畫

清洗

使鏡頭以其固有頻率之一產生共振的一種簡單方法是產生駐波（稱為“單模”）。表麵的高加速度可以排除水滴。在直徑為 10mm 至 40mm、厚度為 0.5mm 至 2mm 的圓形玻璃鏡頭上驅動單模的典型頻率通常介於 20kHz 和 100kHz 之間。由於共振頻率會因汙染物稍有變化，清洗周期範圍可能為鏡頭的固有頻率上下幾千赫茲。例如，如果固有頻率為 30kHz，ULC 係統的頻率範圍可為 28kHz 至 32kHz

，以便確保進行合適的清洗。單模清洗的缺點是加速度梯度
，加速度較小的點上可能清洗效果較差並且會留下肉眼可見的殘留物。圖 2 展示了單模清洗係統的仿真及其加速度梯度，突出顯示了此缺點。

圖 2：單模清洗係統的仿真及其加速度梯度

雙模清洗是在連續清洗周期內采用兩個不同駐波的高級 ULC 方法，如圖 3 所示。該方法有助於消除盲點或沒有（以及幾乎沒有）清洗到的點，從而確保實現全麵覆蓋。

圖 3：雙模清洗係統的仿真及其加速度梯度

另一種 ULC 方法是使用表麵聲波 (SAW)，SAW 不會直接讓玻璃板產生振動。與用於排走汙染物的駐波不同，SAW 沿表麵傳播，並通過對汙染物直接施加能量將其彈掉。相比直接使鏡頭產生振動，SAW 方法需要的頻率高得多且每個玻璃板需要多個執行器，因此更加複雜
，成本也更高。但是，這種方法在較大的平麵和矩形麵板（如激光雷達窗口片）上要比直接振動效果更好。由於 SAW 在表麵傳播
，該方法比使大且厚的鏡頭振動更節省能量。

鏡頭蓋係統

TI 發明的 ULC fangfashiyongyigezhijialailianjiejuyoutongyihoududejingtouhehuanxingyadianhuannengqi。huanxinghuannengqixuyaozhanjuyidianewaidekongjian，zhijiakebimianbolijingtouyuyadianhuannengqiderenhezhijiejiechu（連接非常具有挑戰性）
，這樣可以實現可擴展的製造過程並獲得可靠的產品。緊湊地罩在攝像頭鏡頭上的組件稱為鏡頭蓋係統 (LCS)，與您看到的智能手機攝像頭上的平麵蓋板玻璃類似。曲麵 LCS 可提供較大的 FoV 且光學失真非常小，如圖 4 所示。

圖 4：具有大於 190 FoV 的曲麵 LCS

完全集成式 ULC

在不使用鏡頭蓋的情況下，通過驅動末級攝像頭鏡頭產生振動，可在攝像頭模塊中直接實現 ULC。末級攝像頭鏡頭稱為前端元件，如圖 5 suoshi。yutianjiajingtougaixiangbi，tongguojichengkeyijianxiaozhengtixitongchicun，danyehuizengjiachaoshengboqingxihezhizaoguochengdefuzaxing，bufenyuanyinzaiyuqianduanyuanjiandehoudubingbutongyi
，wulunshidanmoqingxihaishishuangmoqingxi
，junhuiyizhichanshengzugoudezhubo。qianduanyuanjiankenengxuyaojuyoubutonghoudu，yibianshiguangfashengzheshejinruguangxuechuanganqi，danjingtougaidezuoyongjinshibaohushexiangtou，suoyikeyishiyongtongyihoudu。ciwai，youyuqianduanyuanjianshishexiangtoujingtouduidiedeyibufen，xuyaozaizhizaoguochengzhongyuguangxuechuanganqijingmiduiqi
，yincizengjialewanquanjichengshi ULC 係統設計流程和工藝的複雜度。

圖 5：攝像頭鏡筒中的鏡頭堆疊示例

半導體的作用

TI 的 ULC1001 等專用標準產品 (ASSP) 可通過在單個器件中組合多種功能來降低成本和減小尺寸。鑒於製造多樣性
、外殼組裝和安裝的差異，每個鏡頭的固有頻率均不同，並且會在各自生命周期內略有變化。ULC1001 keyizairenhedianlaibiaozhengjingtouxitong
，tishengxiaoguo。lingyigejichenggongnengshiwendujiance
，gaigongnengkefangbianjiancehechubing，gengzhongyaoshikeyiyongyubaochiyadiangongneng。ruguochaochulejuliwenduyuzhi，yadianhuannengqihuiqujihuabingdiushiqigongzhenshuxing。ULC1001 可監測壓電換能器的溫度
，確保換能器不會在超過居裏溫度點後被驅動，並且還能檢查所有鏡頭故障，如碎裂。ULC1001 具有集成式數字信號處理器和反饋閉環，無需圖像處理即可實現自動汙染物檢測和清洗。全新的鏡頭清洗 IC 實現了上述功能，其狀態機示例如圖 6 所示，可針對給定應用進行定製。

圖 6：ULC 狀態機簡化示例

讓我們一起突破現狀

盡管 ULC 比較複雜並且涉及方方麵麵
，TI 提供了開源的機械設計和應用特定的半導體等
，為該技術打下了基礎。在此，誠邀您一起探索 ULC 設計資源並突破汽車和工業市場的現狀，打造具有自清洗功能的更優質、更智能、更經濟實惠的攝像頭。

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