CN109562418B

CN109562418B - 超声透镜结构清洁器架构和方法

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Publication number: CN109562418B
Application number: CN201780047682.3A
Authority: CN
Inventors: S·J·费迪干; D·P·马吉; Y·李
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 2016-08-01
Filing date: 2017-08-01
Publication date: 2023-01-03
Anticipated expiration: 2037-08-01
Also published as: EP3490733A1; US11415795B2; CN109562418A; US20200233208A1; JP2019526960A; EP3490733A4; JP6978751B2; US20180031826A1; US10606069B2; WO2018026761A1

Abstract

在所描述的示例中，透镜结构系统(10)包括透镜结构(12)和耦合到透镜结构(12)的多段换能器(14)。多段换能器(14)包括多个区段。针对每个区段，相应的第一导体(SIE)和相应的第二导体(SOE)电耦合到该区段。

Description

超声透镜结构清洁器架构和方法

技术领域

本申请总体涉及各种系统，其中碎片或污染物将从透镜相关设备中去除，并且更具体地涉及超声架构和方法。

背景技术

在本说明书中，透镜结构包括透镜、透镜盖或信号(例如，光)可以通过的其他表面，以及设备暴露于可能降低信号成功地通过设备的可能性的潜在污染物的位置。作为一个突出的示例，在汽车工业中，摄像头在驾驶员辅助系统(DAS)和自动安全系统中扮演着重要角色。这种技术通常首先出现在相对昂贵的车辆中，并已迁移到较便宜的车辆。事实上，美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)已经规定所有新车必须在2018年之前配备后视摄像头。摄像头现在也被结合到侧视镜中以辅助驾驶员进行车道变换，并且至少一个汽车制造商目前正在考虑的是可能用侧视摄像头替换车辆侧视镜。除了减轻驾驶员的盲点之外，集成在挡风玻璃中的前置摄像头还提供前方碰撞警告(FCW)、跟随距离指示(FDI)和车道偏离警告(LDW)。

在上述背景和其它情况下，并且随着附加透镜结构增加或变得越来越普遍的趋势，保持透镜结构(例如，透镜和透镜盖)没有污染物变成更普遍的需求并且在安全相关的应用方面特别重要。在传统方法中，一些制造商已经考虑过微型喷雾和雨刷系统。但是，这种设计要求：(a)小型泵和喷嘴；(b)电动雨刷组件；以及(c)将软管从流体罐排布到喷嘴的位置，这可能需要从通常位于的车辆前部的流体罐到车辆后部的排管(run)，至少用于通常位于车辆后部的后视摄像头。结果，这种设计在机械上很复杂并且可能很昂贵。

发明内容

在所描述的示例中，透镜结构系统包括透镜结构和耦合到透镜结构的多段换能器。多段换能器包括多个区段。针对每个区段，相应的第一导体和相应的第二导体电耦合到该区段。

附图说明

图1A示出了优选实施例系统的透视分解图。

图1B示出了图1A的超声换能器的俯视图。

图1C示出了附着于超声换能器的上环形表面顶上的透镜盖。

图2A和图3A示出了膜MEM的透视图及其第一模式(0,1)形状的模式形状图。

图2B和图3B示出了膜MEM的侧视图及其第一模式(0,1)形状的模式形状图。

图4A和图5A示出了膜MEM的透视图及其第二模式(0,2)形状的模式形状图。

图4B和图5B示出了膜MEM的侧视图及其第二模式(0,2)形状的模式形状图。

图6示出了优选实施例的换能器和与其连接的偏置导体。

图7A和图7B示出了模式(1,1)形状的透视图和水平视图中的第一振荡周期。

图8A和图8B示出了模式(1,1)形状的透视图和水平视图中的第二振荡周期。

图9示出了图7A和图7B中实现的围绕线DL₁的两个单独的振荡区域OR₁和OR₂的俯视图。

图10示出了围绕线DL₂的两个单独的振荡区域OR₃和OR₄的俯视图，其相对于图7A和图7B实现了90度旋转并且具有替代的偏置。

图11示出了操作图1的系统的优选实施例方法。

图12示出了用于三种单独模式形状的优选实施例透镜盖的覆盖图，这三种单独模式形状为：(0,1)，接着是相对于第一节点线的(1,1)(例如，图9)，接着是相对于第二节点线的模式(1,1)(例如，图10)。

图13示出了模式(2,1)形状的俯视图表示。

图14示出了用于图12的模式形状以及随后的附加模式(2,1)形状的优选实施例透镜盖的覆盖图。

图15示出了根据优选实施例的可用于驱动分段换能器的导体的驱动器架构的电气框图。

图16示出了具有图1的系统的多种实施方式的优选实施例车辆V。

具体实施方式

图1A至图1C示出了根据优选实施例的透镜结构清洁系统10的各种视图。例如，图1A以透视分解图示出系统10，从而单独示出了将要耦合到超声换能器14的透镜盖12，即以某种方式附着(例如，直接地或通过附加构件间接地附着在上环形表面的顶上)于超声换能器14的透镜盖12，使得来自超声换能器14的振动可以被直接地或通过任何中间设备间接地传输到透镜盖12。图1B示出了仅超声换能器14的俯视图，并且图1C示出了在附着于超声换能器14的上环形表面顶上之后的透镜盖12，这可以通过选择的各种粘合剂来实现。下面参考所有这三个附图进一步描述系统10的各个方面。

透镜盖12代表任何类型的传统透镜结构。在系统10的示例中，透镜盖12是具有透明中心部分12_SC(为了与其余部分区分，用对比阴影示出)和围绕透明中心部分12_SC的外环形圈12_AR的盘状物。通常，可见光谱中的光可以容易地穿过透明中心部分12_SC，而另外被外环形圈12_AR阻挡。以此方式，虽然未示出，但是摄像头及其相应的透镜可以放置在透镜盖12附近，因此通常光可以穿过透明中心部分12_SC以便到达摄像头透镜，但是透镜另外受到由透镜盖12提供的附加表面的保护。在许多环境中，透明中心部分12_SC可能由于存在附加污染物质(例如，污垢、水、其他空气传播成分)而被遮挡，使得光被部分或完全阻挡而不能通过该部分，并且优选实施例努力从透镜盖12的表面减少或消除此类物质。

在优选实施例中，换能器14由圆柱形压电材料的横截面形成，并且其优选具有小于透镜盖12的外径的外径。例如，换能器14的外径可以是10mm至30mm，而透镜盖12的较大外径可以是12mm至35mm。因此，在组装之后(例如，图1C)，透镜盖12的外周长以一定裕量延伸超出换能器14的外径。如下所述，这样的配置可以改善从换能器14传输到透镜盖12的驻波的有效性，从而提高从该透镜盖的表面消除污染物的能力。换能器14是分段换能器，如通过具有多个圆形扇区所限定，每个扇区具有一对导体以便向该扇区施加电压。在所示的示例中，换能器14具有四个这样的区段(或扇区)，如图1B所示为S₁、S₂、S₃和S₄，每个区段由换能器的整个360度圆形横截面周长的大约90度组成。每个区段S_x具有外电极SOE_x和内电极SIE_x，这可以通过丝网印刷或以其他方式将薄导电材料附接到压电材料的相应外径和内径上来实现。如后面的图6所示，电连接器/导线可以连接到每个图示的电极，从而允许施加信号，并且交替改变信号的振幅、符号和频率，以便实现下面进一步描述的各种优选实施例方面。

鉴于上文描述的优选实施例装置，换能器14可以用各种信号激励，以便将振动力传递到邻接的透镜盖12中。可以以三种不同的振动模式传递这样的波，即，在低频率(例如，44kHz)下沿着换能器14的圆形横截面的半径的径向模式，在相对中等频率(例如，250kHz)下在圆柱形换能器的轴线方向上(即，图1A至图1C中的竖直方向)的轴向模式，以及在较高频率(例如，2MHz)下的壁模式，这些模式是表示壁厚相对于换能器14的外壁的径向运动的模式。在优选实施例中，轴向模式振动是优选的，因为它们可能引起与透镜盖12的表面相切的振动，从而提供从该表面移除某些污染物(例如，灰尘、水)的更大可能性。各种模式类型的频率范围可能重叠。例如，高阶径向模态频率将与轴向模态频率重叠，并且高阶轴向模态频率将与壁模态频率重叠。然而，在实践中，这通常不是问题，因为随着模式阶数的增加，模式阻尼也会增加。

除了上文的示例之外，同样在优选实施例中，以激励振幅和频率施加振动力，以便将驻波传输到邻接的透镜盖12的期望选择的圆形膜形状中。在某些物理领域中，驻波是在相同频率的两个波沿相反方向传播通过介质时在介质内产生的静止振动模式。结果，在介质中的固定位置处产生最小位移区域(例如，节点)和最大位移区域(例如，反节点)。结果，波沿着介质(即，在这种情况下为透镜盖12)引起位移，但是在发生波干涉的物理位置处，发生很少的移动或没有移动发生。因此，在优选实施例中存在的圆形膜中，驻波被如此传递，存在振动趋势和振动表面运动的某些模式形状。每种模式形状通过模式(d,c)形状的惯例来识别，其中d是跨越膜表面的节点直径的数量，并且c是在圆形膜的周边处或周边内的节圆(nodal circle)的数量，其中术语“节点”(或“节点的”)是指结构上具有零振幅振动的点、线或圆，也就是说，它不移动，而其余结构是振动的。以下描述模式形状的各种示例。

为了进一步介绍模式形状和各种优选实施例方面，图2A和图3A示出了膜MEM的透视图，并且图2B和图3B示出了膜MEM的侧视图及其第一模式(0,1)形状的模式形状图，这可以通过向优选实施例的多段换能器14(就好像它是单段换能器一样)施加电压来实现；因此，可以通过向其所有外电极施加第一正弦波电位并且向其所有内电极施加从第一正弦波偏移180度的第二正弦波电位(也可以通过正弦的余弦对应物实现)来实现这种效果，其中两个正弦波具有相同的第一模态频率。可替代地，可以通过向所有外电极施加正弦波电位同时将内电极连接到地(或者反之亦然，即将外电极接地并将相同的正弦波连接到所有内电极)来实现该效果。模态频率是所考虑的系统(即此处的透镜盖12)的谐振频率之一，其中该系统的多个谐振频率中的特定谐振频率引起相应模式的形状。因此，图2A、图2B、图3A和图3B表示换能器14接收电压和第一模态频率f_m(0,1)的实例，其产生模式(0,1)形状，也被称为“杯吸(cupping)”模式，如在下文中进一步描述的。

图2A和图3A的绘图通常表示如由中心点和外周边之间的同心圆所示的透视圆形形状。还示出了径向线，并且如果形状是扁平的，则这些线将是直的。然而，弯曲的径向线表明沿着该线的运动。因此，图2A示出构件MEM的振荡运动的第一极限，其中表面向上弯曲(例如，作为参考，在正方向上)，并且在该形状的中心处具有峰值高度(也通过浅灰色阴影示出)。向上弯曲也在图2B的对应侧视图中示出，图2B示出了与由虚线示出的水平或平坦参考线RL形成对比的模式表面。以相反的方式，图3A示出了构件MEM的振荡运动的第二极限，其中表面向下弯曲(例如，作为参考，在负方向上)，并且在该形状的中心处也具有峰值高度(也通过深灰色阴影示出)。向下弯曲也在图3B的对应侧视图中示出。

在图2A、图2B、图3A和图3B中，模式(0,1)的引用表示零(即，d＝0)节点直径和单个(即，c＝1)节圆，前者显示为D₁。节圆的位置将取决于膜的边界处的条件，其中图示假定边界被声明(claimed)；但是，如果未声明边界，则节圆的径向位置将改变。因此，当构件MEM在图中所示的极限位置之间振荡时，围绕外周边的单个圆不振动。因此，具有直径D₁的节圆内的振动将在去除构件MEM的表面上的污染物方面具有一些功效，但是任何落在具有直径D₁的节圆处(或附近)的物质可能不会经历足够高的加速度而被去除。此外，高振动区域中的材料可能会被推入这些节圆中。而且，奇异模式(0,1)在膜MEM上具有可达到期望量的轴向加速度的有限面积，从而限制了膜消除污染物的能力。

而且，例如，图4A和图5A示出了膜MEM的透视图，并且图4B和图5B示出了膜MEM的侧视图及其第二模式(0,2)形状的模式形状图，其可以同样通过向优选实施例的多段换能器14(同样就好像它是单段换能器一样)施加电压，同样通过向其所有外电极并向其所有内电极施加180度异相的正弦波来实现，通过再次向优选实施例的多分段换能器14施加电压来实现，就好像它是一个单独的分段传感器，通过再次将180度异相正弦波施加到其所有外部电极及其所有内部电极，但这里处于第二模态频率f_m(0,2)，其创建模式(0,2)形状，如下文进一步描述。

图4A和图5A的绘图再次表示如由同心圆和径向线所示出的透视圆形形状，其中图4A示出了振荡的第一极限，而图5A示出了振荡的相反的第二极限。在图4A所示的第一极限中并且在图4B的对应水平图中，膜MEM具有在该形状的中心处向上延伸的峰值正振幅，而同时膜MEM也向下延伸到参考线RL下方，超过大于具有直径D₂的节圆的半径。以相反的方式，在图5A和图5B所示的第二极限中，膜MEM具有在该形状的中心处向下延伸的峰值负振幅，而同时膜MEM也向上延伸到参考线RL上方，超过大于具有直径D₂的节圆的半径。因此，如(0,2)标记所指示，这些图的模式形状具有(即，d＝0)节点直径和两个(即，c＝2)节圆，在外周边处的一个节圆被示出为具有直径D₁，而如上所述的另一个节圆具有直径D₂，其中具有小于D₂的直径的膜MEM的表面在第一方向上弯曲，而具有大于D₂的直径的膜MEM的表面在与第一方向相反的第二方向上弯曲。这种方法在去除构件MEM的表面上的污染物方面也将具有一定的功效，但污染物可能倾向于保留在直径为D₁和D₂的两个节圆处，并且模式(0,2)形状的单一应用将在膜MEM的大部分区域上具有有限的加速度。

因此，如果通过同时向多个区段施加电压来操作以便用作单段换能器，则换能器14可实现的某些模式将导致轴对称模式形状。例如，(0,1)形状在其周界处具有直径为D₁的单个外节圆，并且在该周界内部，弯曲是圆形对称的，如由在外节圆内具有半径的可比较的同心圆所示。作为另一示例，(0,2)形状在其周界处也具有外节圆，在其内部，膜的弯曲同样沿着相等的弯曲半径，但是相对于直径为D₂的内同心节圆，该弯曲可以在相反的方向上。然而，这种弯曲的对称性可能不太可能从透镜盖12中排出某些污染物，或者它可能倾向于使污染物累积在节点或节圆中。因此，优选实施例包括附加的操作模式，以便实现优于这些考虑因素的改进结果，如下文进一步描述。

图6同样以与图1B中所示相同的一般方式示出了换能器12，尽管在图6中为了参考而旋转了图示，并且示出了被连接到成对的各个区段的外电极SOEx和内电极SIEx的导体。此外，在每对导体组之间限定电势。例如，外电极SOE₁和内电极SIE₁之间的电压被定义为v_S1。而且，(+)和(-)惯例为了参考而定义了极性，但是(如下所述)并未暗示外电极相对于其内部对应物始终是正的。因此，为了进一步说明该惯例，施加到v_S1的+1V电压表明相对于内电极SIE₁，该一伏特对外电极SOE₁是正的，而施加到v_S1的-1V电压表明相对于内电极SIE₁，该一伏特对外电极SOE₁是负的。

鉴于上文的描述，虽然换能器12的所有导体组可以一次接收一个电压，例如上文所述，但是在优选实施例中导体子集也可以接收一个电压。例如，在模态谐振频率f_m(1，1)下的正弦波可以被施加于一对导体/电极，而在相同的谐振频率f_m(1,1)下的180度反相正弦波可以被施加于相对的一对导体/电极。因此，在优选实施例中，正弦波的第一相位被施加于v_S1，而与第一相位相隔180度的正弦波的第二相位被施加于v_S3；同时，没有电压施加于v_S2或v_S4。通过这种电压施加，实现了模式(1,1)形状，如图7A和图7B中的透视图和水平视图中的第一振荡周期所示，以及图8A和图8B中的透视图和水平视图中的第二振荡周期所示。如这些图所示，在模式(1,1)形状中，膜MEM同样具有围绕其外周边的节圆。然而，也用一条直径线DL₁表示节线(nodal line)，因为如上所述由于施加到相对的导体/电极对的电压(例如，v_S1和v_S3)，该线的左侧和右侧发生振荡。因此，为了进一步说明下文中的其他方面，关于直径线DL₁的替代振荡也可以以俯视图表示，如图9所示，其一般性地示出了关于线DL₁的两个单独的振荡区域OR₁和OR₂。

上文描述的模式(1,1)形状不包括上文描述的模式(0,2)的对称节圆，因此通过经由换能器14振动透镜盖12来实现模式(1,1)形状实现了优点，因为这种实施方式不具有由上文所述的直径为D₂的内节圆表示的内环。因此，可以以更可能避免环状残留物的方式实现排出污染物。然而，在优选实施例的另一个方面，在替代的时间，在频率f_m(1,1)下的相同正弦波/关断相电压被施加到具有信号v_S2和v_S4的导体/电极对，而在同一时间没有电压施加到v_S1或v_S3，而不是仅向在频率f_m(1,1)下具有信号v_S1和v_S3以及具有相对于这两个信号相差180度相位的正弦波的导体/电极对施加电压。这种方法产生图10所示的结果，其中同样用关于单个节线DL₂的两个单独的振荡区域OR₃和OR₄实现模式(1,1)形状，但是节线和振荡区域相对于图9旋转90度。因此，施加在图9中的透镜盖12上的振动和加速力(在区域OR₁和OR₂处)与图10中的区域OR₃和OR₄处于不同的位置(即，90度偏移)。因此，在优选实施例中，实现开关驱动器架构以在这两个(或其他)替代方案之间切换，以便实现多于一个振动模式的优点，如下文所述。

图11示出了操作系统10的优选实施例方法20。例如，方法20可以由处理器、控制器或其他电路或器件控制，如可以通过合适的技术硬连线或编程。而且，例如，这种控制推进方法20，以便将换能器电压施加到系统10的选定的(或全部)导体/电极，从而在通过从换能器14施加到它的驻波而在透镜盖12中产生的不同模式形状之间交替。因此，组合起来，驻波增加了加速透镜盖12的表面的能力，从而在盖子的大部分面积上实现了理想的足够量的加速度覆盖。结果，透镜盖的加速运动增加了沿着盖子的大部分面积排出任何污染物的部分的机会。其他细节如下。

方法20以开始步骤22开始，当期望通过由换能器14将透镜盖12振动以开始尝试从透镜盖12去除微粒时，开始步骤22可以由各种装置或事件启动。例如，在透镜盖12是如上所述并在下文中进一步描述的汽车应用的一部分的情况下，开始步骤22可以是用户致动的，例如由汽车的操作者启动，或者处理器可以响应于某一条件启动该步骤，该条件诸如为系统启动时，或在经过一段时间后，或来自传感器的响应，或在检测到某些其他事件(如下雨)时，该事件可能会导致某些物质(例如水)与透镜盖12的外部接触。在任何情况下，在步骤22被使能之后，方法20已经开始，之后方法20从步骤22继续到步骤24。

在步骤24中，将模式计数器md初始化为值1。如下所述，模式计数器md递增，从而提供计数，直到通过换能器14以循环和交替方式成形到透镜盖12上以便尝试从透镜盖12去除污染物的模式的总数TLM。接下来，方法20从步骤24继续到步骤26。

在步骤26中，通过连接到那些电极的相应导体将电压施加到换能器14的一组选定电极或所有电极，以便实现表示为MODE[md]的模式，其含义根据由计数器md提供的索引来确定。因此，对于步骤26的第一次出现，则通过将必要的电压信号施加到第一组电极来引发第一模式(即，MODE[1])，以便实现该模式。在至少一个示例中，第一模式是模式(0,1)形状的应用，如上文结合图2A、图3A、图2B和图3B所描述。为了实现这种模式，所有外电极SOE_x都接收第一正弦波的电压，而所有内电极SIE_x都接收第二正弦波的电压，第二正弦波与第一正弦波具有相同的采样振幅，但是两个波的相位偏移180度；此外，两个正弦波都以频率f_m(0,1)施加，该频率是系统10实现模式(0,1)形状所需的谐振频率。最后，步骤26将信号施加于所选定的一组导体/电极，持续由MC表示的数目的循环，即，输入符号波的持续时间等于MC个周期或循环。可以通过各种考虑来选择MC的值。例如，MC可以基于预编程值或反馈信号(例如，当从表面弹出污染物质时将返回基线值的模态谐振频率)，或者来自摄像头系统的信息(从其可以确定是否通过透镜获得足够清晰的图像)。在已经实现当前MODE[md]下的MC个循环之后，方法20从步骤26继续到步骤28。

在步骤28中，对条件进行评估以确定模式计数器md是否已达到期望由换能器14成形在透镜盖12上的模式的总数目TLM。如果md小于TLM，则方法20从步骤28前进到步骤30，而如果md等于TLM，则方法20从步骤28前进到步骤32。在步骤30中，模式计数器md递增，并且流程返回到步骤26。因此，在步骤26的重复中，换能器14的另一组选定电极或所有电极接收电压以便实现表示为MODE[md]的下一模式，其在步骤26的第一次重复的情况下将是第二模式，即MODE[2]。在至少一个示例中，第二模式是模式(1,1)形状的应用，如上文结合图7A、图8A、图7B、图8B和图9所描述。为了实现这种模式，正弦波的第一相位被施加到v_S1，而正弦波的与第一相位相隔180度的第二相位被施加到v_S3，同时不向v_S2或v_S4施加电压，并且两个正弦波都以频率f_m(1,1)施加。同样，步骤26将这些信号施加于选定的一组导体/电极达MC个循环，之后再次使方法20从步骤26继续到步骤28。

步骤28在上文被描述为其对模式计数器md是否已达到期望由换能器14成形在透镜盖12上的模式的总数目TLM的条件进行评估。考虑到这里描述的顺序，并且考虑到来自步骤28的潜在循环不被满足并一次或多次返回到步骤26以便应用相应的附加模式，可以将TLM设置为具有针对步骤26的每次发生所施加的每个MODE[md]的相应指示的任何数字。继续该示例，在如图9所示步骤26第一次出现时应用模式(0,1)形状并且步骤26第二次出现时应用模式(1,1)形状(即施加v_S1和相隔180度的v_S3)之后，在TLM被设置为3的情况下，可以达到步骤26的第三次出现，以根据图10应用模式(1,1)形状(即施加v_S2和相隔180度的v_S4)。在这种情况下，在第三次出现之后，满足步骤28的条件，并且方法20继续到步骤32。

在步骤32中，对条件进行评估以确定步骤26的先前出现是否已经应用了足够的循环持续时间。关于该步骤，步骤26的每次发生都激发换能器14将驻波模式形状施加于透镜盖12，在每次步骤26发生时持续总共MC个循环。因此，这些MC个循环中的每一个都努力从透镜盖12的表面清除污染物。取决于每次步骤26发生时的循环数目和步骤26出现的次数，对于所有TLM个模式MODE[md]可能期望重复出现步骤26一次或多次额外次数，以持续地努力从透镜盖12的表面清除污染物。因此，步骤32的条件可以使用持续时间(或一些其他度量)作为基础来评估是否针对所有模式MODE[md]都重复出现步骤26。如果期望这样的重复，则方法20从步骤32返回到步骤24，而如果满足步骤32，则方法20在步骤34结束。因此，虽然方法20以步骤34结束，但随后可以通过上面关于步骤22描述的动作之一返回到步骤22而重新开始方法20。

鉴于上文的描述，在TLM＝3和所描述的模式的情况下，该方法20应用三个不同模式的序列，每个模式持续MC个循环，以便以不同的方式振动透镜盖12。此外，来自模态振动的加速度可以由以下等式1表示：

a_(d,c)(r,θ)＝ω_(d,c) ²z_(d,c)(r,θ) 等式1

其中：a_(d,c)是模式(d,c)的加速度；ω_(d,c)是模式(d,c)的谐振频率；并且z_(d,c)(r,θ)是模式(d,c)的模式形状，其为距中心的半径r和围绕圆周的相对于参考角度的角度θ的函数(即，极坐标系中的竖直位移)。

因此，根据等式1，加速度部分地是频率平方的函数。此外，在多种不同模式中的每一种模式中，透镜盖12的一个面积将实现最大加速度或峰值加速度，而透镜盖的各种其他面积将实现该峰值的某一较小百分比。因此，为了努力实现排出污染物的最大可能性，可能期望在透镜盖12的更大面积上实现峰值加速度的更大百分比。图12示出了透镜盖12的覆盖图，其中区域RN₁表示透镜盖表面的加速度达到其峰值的至少75％的面积。区域RN₁对应于上文描述的示例，其中TLM＝3并且应用的三个单独的模式形状(通过步骤26的相应发生)是模式(0,1)，接着是相对于第一节线(nodal line)的模式(1,1)(例如，图9)，接着是相对于第二节线的模式(1,1)(例如，图10)，其中第二节线与第一节线正交。因此，在视觉上，图12表示相当大量的覆盖面积，在其中至少75％峰值的加速度可足以清除或排出表面污染物。实际上，结合该优选实施例，预期透镜盖12的整个面积的60％将达到峰值加速度的至少75％。此外，可以通过改变所应用的模式的数量和/或类型来实现替代结果。实际上，随着更多模式被包括在方法20的应用中，并且对于给定的加速度阈值(例如，上述示例的加速度峰值的75％)，随着添加更多的模式，面积覆盖率将单调增加。因此，如图13以俯视图所示，换能器12可以接收电压以实现模式(2,1)的形状。模式(2,1)形状具有两个节线DL₃和DL₄以及单个外周边节圆。通过两个节线DL₃和DL₄，出现四个单独的振荡区域OR₅、OR₆、OR₇和OR₈，因此这些区域可以被添加到由上述模式所覆盖的区域，例如通过将TLM增加到四并且添加图13的模式作为方法20中的又一模式。相应地，图14示出了具有区域RN₂的透镜盖12的覆盖图，其同样表示透镜盖表面的加速度达到其峰值的至少75％的面积，其中已添加模式(2,1)作为第四步骤26振动图案，其在上文描述且通过图12中的加速区域覆盖示出的示例之上。通过比较图14和图12，可以获得通过附加模式(2,1)增加了区域覆盖率的确认。而且，在图14中显著减小了中心区域(其中未实现峰值加速度，如图12所示)。

鉴于上文的描述，优选实施例提供了模式形状的替代序列，以实现透镜盖12上的变化的加速面积覆盖。例如，下面的表1列出的经验数字是对在一种设备中可以实现的结果的估计，其中所有模式形状上的最大振幅是相等的。

表1

表1列出了经历达到或超过峰值加速度的某一百分比的加速度的构件MEM的整个面积的百分比。例如，根据表1的第一行，响应于由换能器14施加到其上的一个或多个模式，在透镜盖12(即，构件MEM)上的某处发生峰值加速，并且如果优选实施例仅施加如该表的第二列所示模式(0,1)形状(例如，通过方法20中步骤26的单次发生)，则透镜盖12的46％的面积被加速到该峰值的至少25％。然而，如表1的第一行第三列所示，通过增加两个额外的步骤26发生，大大增加了面积覆盖率，每次发生施加两个正交模式(0,1)形状中的相应一个(参见图9和图10)；在这种情况下，则超过大部分面积，即透镜盖12的77％的面积被加速到该峰值的至少25％。

更进一步，如表1的第一行第四列所示，通过在(0,1)形状和两个正交模式(0,1)形状之外增加额外的步骤26发生以施加模式(2,1)形状，更进一步地增加了面积覆盖率，其中透镜盖12的84％的面积被加速到该峰值的至少25％。应易于理解表1的其余示例。在第三列和第四列的每个实例中，透镜盖12的面积的一半以上达到或超过所指示的峰值阈值。此外，根据优选实施例，可以容易地实现其他组合和其他数量的模式形状。

图15示出了根据优选实施例的可用于驱动分段换能器14的导体的驱动器架构40的电气框图。架构40包括连接在基准(例如，地(ground))和单个放大器44的输入端之间的振荡波(例如，正弦波)源42。放大器44的输出端连接到数量NS个交叉开关(crossbarswitch)CS₁至CS_NS。每个交叉开关CS_x具有连接到放大器44的振荡输出的输入IN_x和连接到地的反相输入INV_x。此外，每个交叉开关CS_x具有用于连接到如上文结合图6所述的相应内电极的第一输出SIEx，以及用于连接到如上文结合图6所述的相应外电极的第二输出SOE_x。

在操作中，每个交叉开关CS_x响应于相应的控制信号CL_x可操作以：(a)将其振荡信号输入IN_x传递到其SIE_x输出，同时将地(ground)从其反相输入INV_x连接到其SOE_x输出；或者(b)将地信号从其反相输入INV_x交叉耦合到其SIE_x输出，同时将其输入IN_x直接连接到其SOE_x输出；或者(c)呈现高阻抗状态，此时其输入IN_x和INV_x不传递给任一输出。例如，因此为了用四段换能器激励模式(2,1)形状，将需要四个交叉开关，其中下面的表2列出了适当的控制输入以实现该模式形状：

表2

开关	控制输入
		CS<sub>1</sub>	P
CS<sub>2</sub>	X
		CS<sub>3</sub>	P
CS<sub>4</sub>	X

在表2中，控制输入“P”表示直接通过，而控制输入“X”表示交叉开关操作，所以输入被切换。因此，表2向相对的区段S₁和S₃提供同相正弦波，而接地电压被施加到区段S₂和S₄，从而发射驻波以实现模式(2,1)形状。存在其他示例。

图16示出了具有系统10的优选实施例车辆V，系统10相对于车辆V在多个位置实现。例如，前向摄像头可以作为系统10的一部分安装在位于车辆V的挡风玻璃W后面的底座中。作为另一示例，除了实际的侧镜之外或代替实际的侧镜，可以将相应的后向摄像头作为系统10的一部分安装在每个车辆侧镜位置SMR上。作为最后的示例，另一个后向摄像头可以安装在车辆V的后部附近或后部处，以便辅助备用技术。每个系统10与处理器P(例如，控制器、微控制器等)通信，处理器P位于发动机罩下面或车辆内部中，其中这种通信可以通过某种类型的导体(包括车辆网络系统)连接。在任何情况下，每个系统10可操作以将光信号捕获为图像，用于各种类型的处理和/或显示。此外，如上所述，每个这样的摄像头都具有透镜结构(例如，透镜、透镜盖)，并且与之相关联的是根据方法20可操作的换能器，以便减少透镜结构的表面上的任何污染物。

因此，优选实施例被示出为提供超声透镜结构清洁器和架构方法，其作为独立单元或作为更大优选实施例系统(例如，车辆)的一部分。这些优选实施例提供许多益处。例如，以高横向振幅实现了透镜结构表面的更大振动覆盖。作为另一个示例，实现了透镜结构表面的更大加速度覆盖。作为又一个示例，可以在多个方向上而不是仅在轴向上产生应变，以促进干燥材料的破裂。更具体地，除了高横向加速度(垂直于表面)之外，还可以产生侧向应变，这对于破裂干燥的污染物可能是重要的。因此，可以在径向和切向上对透镜表面施加应变。因此，虽然由于模式形状的圆形性质，仅在径向而不是切向上施加应变，但优选实施例可以在切向上额外施加应变，从而可以更有效地去除污染物。具体地，不对称模式(例如，模式(1,1)形状)将在两个方向上施加应变，导致更有效的破裂。作为另一个益处，直观的驱动电路可以驱动系统10，仅需要单个放大器。更进一步，优选实施例在没有振动或谐振频率匹配问题的情况下实现。

在所描述的实施例中可以进行修改，并且在权利要求的范围内，其他实施例也是可能的。

Claims

1.一种透镜结构系统，其包括：

透镜结构；

振荡波源；

第一导体、第二导体、第三导体和第四导体；

多段换能器，其耦合到所述透镜结构，所述多段换能器包括压电材料的第一区段和第二区段，其中：

所述第一区段电耦合到所述第一导体和所述第二导体，所述第一导体被配置为向所述第一区段施加第一电压，并且所述第二导体被配置为向所述第一区段施加第二电压；并且

所述第二区段电耦合到所述第三导体和所述第四导体，所述第三导体被配置为向所述第二区段施加第三电压，并且所述第四导体被配置为向所述第二区段施加第四电压；

第一交叉开关，其具有第一控制输入，所述第一交叉开关经由放大器耦合在：所述振荡波源与所述第一导体之间；所述振荡波源与所述第二导体之间；地与所述第一导体之间；以及所述地与所述第二导体之间；以及

第二交叉开关，其具有第二控制输入，所述第二交叉开关经由所述放大器耦合在：所述振荡波源与所述第三导体之间；所述振荡波源与所述第四导体之间；所述地与所述第三导体之间；以及所述地与所述第四导体之间；

其中：

所述第一交叉开关和所述第二交叉开关被配置为响应于所述第一控制输入和所述第二控制输入在相同的时间将所述振荡波源连接到所述第一区段和所述第二区段两者；或者

所述第一交叉开关和所述第二交叉开关被配置为响应于所述第一控制输入和所述第二控制输入在不同的时间将所述振荡波源连接到所述第一区段和所述第二区段中的不同的一个。

2.如权利要求1所述的系统，其中：

所述第一交叉开关被配置为响应于所述第一控制输入：将所述振荡波源连接到所述第一导体，同时将所述地连接到所述第二导体；或者将所述振荡波源连接到所述第二导体，同时将所述地连接到所述第一导体；或者具有高阻抗，以将所述第一导体与所述振荡波源和所述地断开连接，并使所述第二导体与所述振荡波源和所述地断开连接。

3.如权利要求2所述的系统，还包括第五导体、第六导体、第七导体和第八导体，其中：

所述多段换能器包括所述压电材料的第三区段和第四区段；

所述第三区段电耦合到所述第五导体和所述第六导体，所述第五导体被配置为向所述第三区段施加第五电压，并且所述第六导体被配置为向所述第三区段施加第六电压；

所述第四区段电耦合到所述第七导体和所述第八导体，所述第七导体被配置为向所述第四区段施加第七电压，并且所述第八导体被配置为向所述第四区段施加第八电压；

所述系统还包括：

第三交叉开关，其具有第三控制输入，所述第三交叉开关经由所述放大器耦合在：所述振荡波源与所述第五导体之间；所述振荡波源与所述第六导体之间；所述地与所述第五导体之间；以及所述地与所述第六导体之间；以及

第四交叉开关，其具有第四控制输入，所述第四交叉开关经由所述放大器耦合在：所述振荡波源与所述第七导体之间；所述振荡波源与所述第八导体之间；所述地与所述第七导体之间；以及所述地与所述第八导体之间；

所述透镜结构具有中心部分，所述第一区段和所述第二区段在所述中心部分的第一相对侧上形成第一对区段，并且所述第三区段和所述第四区段在所述中心部分的第二相对侧上形成第二对区段；并且

所述交叉开关被配置为响应于它们相应的控制输入，向所述第一对和所述第二对施加驻波信号，包括：

对于所述第一对区段，将所述振荡波源连接到所述第一导体和所述第三导体，同时将所述地连接到所述第二导体和所述第四导体；并且

对于所述第二对区段，将所述振荡波源连接到所述第六导体和所述第八导体，同时将所述地连接到所述第五导体和所述第七导体。

4.如权利要求1所述的系统，其中：

所述第一交叉开关和所述第二交叉开关被配置为在所述相同的时间将所述振荡波源连接到所述第一区段和所述第二区段两者。

5.如权利要求3所述的系统，其中所述第一交叉开关、所述第二交叉开关、所述第三交叉开关和所述第四交叉开关被配置为：

在第一时间将所述振荡波源连接到所述第一导体和所述第二导体；以及

在第二时间将所述振荡波源连接到所述第三导体和所述第四导体。

6.如权利要求1所述的系统，其中：

所述第一交叉开关和所述第二交叉开关被配置为在所述不同的时间将所述振荡波源连接到所述第一区段和所述第二区段中的不同的一个。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述第一交叉开关和所述第二交叉开关被配置为在不同的时间将所述振荡波源连接成在所述透镜结构上实现不同的振荡响应。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述不同的振荡响应具有不同的模式形状。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述不同的模式形状包括模式（d,c）形状，其中d=0或1，并且c=1。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述不同的模式形状包括模式（d,c）形状，其中d=0、1或2，并且c=1。

11.如权利要求1所述的系统，其中所述透镜结构包括透镜盖。

12.如权利要求1所述的系统，其中所述透镜结构包括摄像头透镜。

13.如权利要求1所述的系统，其中所述透镜结构包括圆形透镜结构。

14.一种摄像头组件，其包括：

摄像头；

邻近所述摄像头的透镜结构；

振荡波源；

第一导体、第二导体、第三导体和第四导体；

其中：

15.如权利要求14所述的组件，其中所述透镜结构包括透镜盖或摄像头透镜。

16.一种从透镜结构去除碎屑的方法，所述方法包括：

向多段换能器的压电材料的第一区段和第二区段施加振荡波源，并且所述多段换能器耦合到所述透镜结构；以及

响应于所述振荡波源，将来自所述多段换能器的波耦合到所述透镜结构；

其中所述第一区段电耦合到第一导体和第二导体，所述第一导体被配置为向所述第一区段施加第一电压，并且所述第二导体被配置为向所述第一区段施加第二电压；并且

其中所述第二区段电耦合到第三导体和第四导体，所述第三导体被配置为向所述第二区段施加第三电压，并且所述第四导体被配置为向所述第二区段施加第四电压；以及

其中施加所述振荡波源包括：

响应于第一控制信号输入，经由第一交叉开关向所述第一区段施加所述振荡波源以便：将所述振荡波源连接到所述第一导体，同时将地连接到所述第二导体；或者将所述振荡波源连接到所述第二导体，同时将所述地连接到所述第一导体；

响应于第二控制信号输入，经由第二交叉开关向所述第二区段施加所述振荡波源以便：将所述振荡波源连接到所述第三导体，同时将地连接到所述第四导体；或者将所述振荡波源连接到所述第四导体，同时将所述地连接到所述第三导体；以及

将所述振荡波源同时施加到所述第一区段和所述第二区段两者。

17.如权利要求16所述的方法，其中施加所述振荡波源包括：

在第一时间将所述振荡波源施加到所述第一导体和所述第二导体；以及

在第二时间将所述振荡波源施加到所述第三导体和所述第四导体。

18.如权利要求16所述的方法，其中施加所述振荡波源包括在不同的时间将所述振荡波源施加到所述第一区段和所述第二区段中的不同的一个。

19.如权利要求18所述的方法，其中施加所述振荡波源包括在所述不同的时间将所述振荡波源施加成在所述透镜结构上实现不同的振荡响应。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述不同的振荡响应具有不同的模式形状。

21.如权利要求1所述的系统，其中所述第一区段和所述第二区段组成所述换能器的环形物。

22.如权利要求14所述的组件，其中所述第一区段和所述第二区段组成所述换能器的环形物。

23.如权利要求16所述的方法，其中所述第一区段和所述第二区段组成所述换能器的环形物。