攝像頭和傳感器系統設計人員可以使用德州儀器（TI）的超聲波鏡頭清潔（ULC）技術打造面向汽車和工業應用的可靠且經濟實惠的小型清潔系統。

過去，去除攝像頭上的污染物需要通過手動方式進行清潔，但是這會導致系統停機及更高的維護成本；或者通過增加機械裝置實現自動化清潔，但是這會造成系統的復雜性上升和可靠性下降。

超聲波鏡頭清潔系統可以使用高頻機械振動來快速產熱并將冰融化為水，然后可以通過自動感應水滴并通過振動將其霧化，從而持續清除攝像頭上的雨水。

借助合適的算法和機械設計，這些系統還可以清除灰塵、泥漿，甚至是附著的昆蟲。

據麥姆斯咨詢報道，近日，德州儀器（TI）正式發布了采用超聲波鏡頭清潔（Ultrasonic Lens Cleaning，ULC）技術的專用芯片組：ULC1001數字信號處理器（DSP）及配套的DRV2901壓電換能器驅動器，借助德州儀器的集成解決方案可以減小清潔系統尺寸和降低系統復雜性，并使得攝像頭和傳感器系統能夠快速檢測并使用微小振動去除水、冰和污垢等。

玻璃、硅和聚碳酸酯鏡頭蓋（lens cover）都有各自的固有頻率，而其固有頻率的大小因各自的形狀和厚度而異。

對鏡頭蓋以其各自的固有頻率施加超聲波激勵，會使其產生共振效果。

使用壓電換能器和先進的半導體芯片以特殊模式精確地施加超聲波激勵，可以有效地使鏡頭蓋表面的水、污垢和其他污染物脫落。

高頻電流施加于壓電換能器并使其產生高頻振動，進而在空氣中激發出超聲波，以使攝像頭鏡頭蓋在超聲波的激勵下產生共振，最終達到清除鏡頭蓋上的污垢、冰和水的目的。

通常，鏡頭蓋振動會產生約10微米的位移，此動畫中為方便演示，呈現了放大后的效果。

超聲波鏡頭清潔技術的演示效果

德州儀器的全新超聲波鏡頭清潔芯片組采用一種專有技術，能夠讓攝像頭可以使用精確控制的振動快速自行清除污染物，從而提高系統精度并減少維護要求。

該芯片組為攝像頭系統設計人員提供了一種可靠、緊湊且經濟實惠的方案，以在各種攝像頭應用（例如熱成像攝像頭、交通監控攝像頭、機器視覺攝像頭、無線安防攝像頭、無人機視覺攝像頭、汽車激光雷達，甚至是內窺鏡）中使用超聲波鏡頭清潔技術。

基于超聲波鏡頭清潔技術的攝像頭設計

ULC1001數字信號處理器集成了脈寬調制器、電流和電壓檢測放大器以及模數轉換器，并融合了用于自動感應、清潔、溫度和故障檢測的專有算法，使得超聲波鏡頭清潔技術適應性超強，可滿足各種攝像頭的設計需求。該芯片組的小巧外形使其有可能改進各種應用中的機器視覺和其它傳感功能。ULC1001采用4.5mm x 4.5mm、32引腳HotRod QFN封裝，現已開始量產。

ULC1001數字信號處理器（DSP）

ULC1001功能框圖

DRV2901是一款具有寬電源電壓、用于超聲波清洗的單通道PWM輸入壓電換能器驅動器，其具有一個片上集成創新保護系統，可保護器件免受可能損壞系統的各種故障條件（例如短路保護、過流保護、欠壓保護和過熱保護）的影響。DRV2901采用14.0mm x 6.1mm、44引腳HTSSOP封裝，現已量產上市。

DRV2901壓電換能器驅動器

DRV2901功能框圖

ULC1001與配套DRV2901壓電換能器驅動器一起使用，可在印刷電路板尺寸小于25mm x 15mm的緊湊型封裝中實現超聲波鏡頭清潔技術，從而減少物料清單，同時提供比分立式方案更多的功能。

此外，德州儀器還發布了一款超聲波鏡頭清洗評估模塊：ULC1001-DRV290XEVM，其中包括ULC1001可配置DSP控制器和DRV2901壓電換能器驅動器的雙芯片解決方案。兩者協同工作，提供溫度檢測、鏡頭故障檢測和污染物檢測等多種功能，能夠實現攝像頭和傳感器系統的自動化清潔。該評估模塊提供了超聲波鏡頭清洗系統的電氣部分，但不包含鏡頭系統。

德州儀器產品營銷工程師Avi Yashar說：“我們的超聲波鏡頭清潔技術可以讓廣泛的攝像頭和傳感器系統自清潔成為現實。現有的自清潔方法成本高昂且不切實際，需要復雜的機械和電子裝置及大量處理工作，以檢測污染物和執行清潔。隨著從汽車攝像頭到智慧城市和智能制造的各種應用不斷發展，攝像頭數量也與日俱增，人們迫切需要一種簡單而經濟高效的方案來實現自清潔攝像頭?！?/p>

TechInsights全球汽車業務高級分析師Edward Sanchez說：“隨著高級駕駛輔助系統（ADAS）變得越來越復雜，讓傳感器系統始終保持在正常運行狀態變得比以往更加重要。如果攝像頭上有污垢或異物，這對于依賴高度精準的成像和傳感器數據的車輛來說，則成為至關重要的功能和安全問題。這很快將成為ADAS和自動駕駛（AD）領域的一個嚴重問題，而德州儀器的超聲波鏡頭清潔技術將以切實可行的方法解決該問題?！?/p>

審核編輯：劉清