CN109952163B

CN109952163B - 能够进行异物检测的超声波透镜清洁系统

Info

Publication number: CN109952163B
Application number: CN201780069987.4A
Authority: CN
Inventors: D·P·马吉; S·J·费迪甘
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2037-12-04
Also published as: EP3548194A1; JP2020501200A; US20180154406A1; CN109952163A; WO2018106602A1; EP3548194A4; JP7283681B2; US11237387B2; EP3548194B1

Abstract

所描述实例包含透镜清洁系统、驱动器(100)及操作方法，其包含：换能器(102)，其机械耦合到透镜；驱动器(100)，其用以将振荡驱动信号(VDRV)提供到所述换能器(102)；及控制器(130)，其用以控制驱动信号频率(Ft)以使所述透镜在所关注范围中的频率下振动。所述控制器(130)根据换能器反馈信号(IFB、VFB)确定在所述所关注范围中的所述透镜清洁系统的所测量共振频率，且如果所述所测量共振频率不同于用于洁净透镜的所述透镜清洁系统的基线共振频率，那么选择性地执行透镜清洁操作。

Description

能够进行异物检测的超声波透镜清洁系统

背景技术

摄像机系统在汽车及其它应用(例如车载摄像机、安全摄像机、工业自动化系统)中且在其它应用及终端使用系统中正变得越来越普遍。尤其在户外应用(例如车载式摄像机系统、户外安全摄像机系统、工业设施中的摄像机系统等)中，洁净光学路径促进摄像机及照明系统的操作，所述洁净光学路径可受灰尘、水或其它碎屑阻碍。举例来说，摄像机或光源透镜可受周围天气条件、灰尘及碎屑以及其它污染物(其可阻碍或干扰穿过透镜的光学透射)支配。已开发了用于车载及安全摄像机的自动透镜清洁系统(LCS)以使透镜或透镜盖进行自清洁。此类系统可包含喷气或喷水设备，或用以清洗透镜表面的机械刮水器。其它透镜清洁系统以电子方式使透镜振动以将污染物、水或其它不需要的材料从透镜盖驱逐从而改进图像质量或光透射效率。超声波机械激发或振动已证明为比喷水器、机械刮水器或空气喷射解决方案更具成本效益的方法，尤其用以清洁汽车摄像机系统透镜(例如，后视及环视系统)。在许多应用中，洁净透镜对于正确系统操作是重要的。然而，超声波清洁系统可通过连续使用变得磨损。此外，致动换能器以使透镜振动会消耗电力，且不必要清洁引起过多电力消耗。在车辆系统或使用电池电力的其它应用中，期望节省电力，同时维持用于摄像机系统及照明应用的透镜的充足清洁度。

发明内容

所描述实例包含透镜清洁系统、驱动器及操作方法，其包含：换能器，其机械耦合到透镜；驱动器，其用以将振荡驱动信号提供到所述换能器；及控制器，其用以控制所述驱动信号频率以使所述透镜以在所关注范围中的频率下振动。所述控制器根据换能器反馈信号确定在所述所关注频率范围中的所述透镜清洁系统的所测量共振频率，且如果所述所测量共振频率不同于用于洁净透镜的所述透镜清洁系统的基线共振频率，那么选择性地执行透镜清洁操作。举例来说，所述透镜清洁系统的频率响应用于评估所关注共振频率。所述频率响应可测量为阻抗响应、导纳响应或其它频率域等效物。

所描述实例提供透镜清洁解决方案以检测污染物在透镜上的存在以在适当时促进智能清洁且在存在很少或不存在污染物时选择性地抑制透镜清洁。在某些实例中，根据从基线共振频率的改变量确定清洁水平(例如换能器功率电平)及/或清洁持续时间。此技术促进高功率清洁以移除大量污染物同时通过使用轻微清洁来移除小量所检测到的污染物而节省电力，或在确定透镜洁净时延迟清洁。

附图说明

图1是透镜清洁系统的示意图。

图2是包含透镜清洁系统的摄像机透镜组合件的局部截面侧视立面图。

图3是实例性透镜清洁过程或方法的流程图。

图4是针对具有洁净透镜的透镜清洁系统的实例性阻抗量值响应曲线随激发频率而变的曲线图。

图5是针对具有洁净透镜的透镜清洁系统的实例性阻抗相位角响应曲线随激发频率而变的曲线图。

图6及7是针对透镜清洁系统的经正规化自然频率改变随质量改变而变的曲线图。

图8是针对具有洁净透镜及具有带有水及泥污染物的透镜的透镜清洁系统的实例性阻抗量值响应曲线随激发频率而变的曲线图。

图9是针对具有洁净透镜及具有带有水及泥污染物的透镜的透镜清洁系统的实例性阻抗相位角响应曲线随激发频率而变的曲线图。

图10是在第一范围中针对具有洁净透镜及具有带有不同量的水污染物的透镜的透镜清洁系统的实例性阻抗量值响应曲线随在所关注频率范围中的激发频率而变的曲线图。

图11是在第二范围中针对具有洁净透镜及具有带有不同量的水污染物的透镜的透镜清洁系统的实例性阻抗量值响应曲线随在所关注频率范围中的激发频率而变的曲线图。

图12是针对透镜清洁系统的经正规化自然频率改变随质量改变而变的曲线图。

具体实施方式

在图式中，相似参考编号贯穿全文是指相似元件，且各种特征未必按比例绘制。在本说明中，术语“耦合(couple)”或“耦合(couples)”包含间接或直接电或机械连接或者其组合。举例来说，如果第一装置耦合到第二装置或与第二装置耦合，那么所述连接可通过直接电连接，或通过经由一或多个介入装置及连接的间接电连接。

图1展示具有驱动器集成电路(IC)100的超声波透镜清洁系统，且图2展示包含超声波透镜清洁系统的摄像机透镜组合件200。如图2中所展示，透镜组合件200包含机械耦合以使透镜202振动的圆柱形或“环形”换能器102。在一个实例中，换能器102接合到透镜202。尽管在摄像机透镜系统的上下文中图解说明，但还可在具有或不具有摄像机的照明系统或其它光学系统中使用本说明的各种技术。如本文中所描述，设备及技术促进污染物在透镜202上的存在或实质性不存在的自动检测，且可有利地在检测到阈值量的污染物时用于选择性透镜清洁。而且，某些实例提供基于存在于透镜202上的污染物量的确定而进行的一或多个清洁参数(例如清洁功率及/或清洁持续时间)的基于阈值的确定。本说明的技术可单独用于污染物检测。而且，举例来说，可在具有控制器130及换能器102的透镜清洁系统(其还可用于自动透镜清洁操作)中采用所描述设备及方法。如本文中所使用，透镜可为：聚焦元件或其它透镜，其实施光学整形或其它光学效应以辅助摄像机成像；或透镜盖或光学窗，其在不执行任何成像功能的情况下仅仅提供对额外光学元件的保护。

在一个实例中，透镜202为具有弯曲外表面的“鱼眼”透镜，如图2中所展示。在其它实例中，可使用平坦透镜或具有不同轮廓的透镜。在此实例中，透镜组合件使用圆柱形帽扣件201安装到大体圆柱形壳体204且使用在透镜202的边缘与扣件201之间延伸的O形环208来密封以阻止水或碎屑进入到壳体204的内部中。在一个实例中，壳体204可安装到机动车辆以操作为后备援摄像机、前向摄像机或侧向摄像机的透镜盖。在其它实例中，组合件200可安装到建筑物或灯杆，例如以用于安全摄像机或照明应用。在其它实例中，组合件200可用于内部安全监控系统，例如在商业或住宅建筑物内。在此实例中，一系列大体平坦次级透镜210安置于间隔件206的内表面内。次级透镜210及鱼眼透镜202提供光学路径以用于由摄像机212成像。换能器102包含延伸穿过壳体204的底座214中的开口216以与驱动器IC 100连接的引线或端子131a及131b。在图2的实例中，透镜202借助圆柱形内间隔件结构206安装到圆柱形壳体204中。在此实例中，换能器102为安置于内间隔件206与壳体204的外壁之间的圆柱形环状压电换能器。

如图1中最佳展示，驱动器IC 100包含从电力供应器或电源104(例如相对于具有参考电压(例如，GND)的参考节点108提供电池电压信号VB的电池)接收输入电力的电力输入引脚或垫106。驱动器IC 100包含接收电池电压信号VB且提供一或多个供应电压(未展示)以给驱动器100的内部电路供电的功率管理电路110。而且，IC 100包含具有用于分别连接到换能器102的引线131a及131b的端子112及114的输出。在操作中，驱动器100输出将在非零频率Ft下的振荡驱动信号VDRV提供到换能器102以使透镜202振动。如下文中进一步描述，经由换能器102的激发进行的透镜202的受控制振动促进污染物或碎屑从透镜202的外表面的清洁或移除。而且，驱动器100以不同模式控制换能器102以用于评估透镜202的清洁度，且用于在适当时根据确定透镜202上存在污染物及污染物的量选择性地清洁透镜202。此外，在某些实例中，驱动器IC 100确定一或多个基线分布曲线以识别具有洁净透镜202的系统的共振频率以促进后续对污染物在透镜202上是否存在的确定。

如图1中所展示，驱动器IC 100包含具有信号产生器116的控制器或控制电路130。在一个实例中，控制器130为具有相关联电子存储器的处理器。控制器130通过控制换能器102的振荡频率Ft而实施各种清洁、清洁度检测及任选校准或基线处理功能。在一个实例中，控制器130包含具有将所要频率Ft提供到信号产生器电路116的输出124的扫掠及共振追踪、清洁度检测电路122。在另一可能实施方案中，在处理器(例如DSP或其它可编程数字电路)中实施控制器130，所述处理器通过执行存储于相关联存储器中的指令来实施扫掠及共振追踪、清洁度检测及校准功能以产生频率Ft作为表示驱动信号VDRV的所要频率Ft的数字值。在一个实例中，信号产生器116为实施控制器130的处理器的脉宽调制(PWM)输出。信号产生器电路116提供以非零频率Ft振荡的输出信号VS。在某些实施方案中，控制器130包含完整电子存储器，或以操作方式连接到外部电子存储器150，外部电子存储器150存储由处理器实施的程序指令且存储包含基线频率响应值152(例如表示具有洁净透镜202的透镜清洁系统的频率响应的基线阻抗值152，如下文中进一步描述)的基线分布曲线。

驱动器IC 100进一步包含放大输出信号VS以产生振荡驱动信号VDRV的放大器118。以此方式，控制器130提供驱动信号VDRV的所要频率Ft，且借此控制换能器102的振荡频率以用于清洁透镜202及/或实施如本文中所描述的基线校准及清洁度检测功能。在一个实例中，放大器118为全H桥放大器电路，其具有个别地与换能器端子131a及131b耦合以将振荡驱动信号VDRV提供到换能器102的第一输出及第二输出。此外，在图1的实例中，L-C滤波器电路119连接在放大器输出与换能器端子131a及131b之间。在一个可能实施方案中，滤波器119包含：第一滤波器电路119a，其连接于放大器118的第一输出与第一换能器端子131a之间；及第二滤波器电路119b，其连接于放大器118的第二输出与第二换能器端子131b之间。可使用各种不同信号产生器电路116，其包含产生经调制方波信号VS的PWM处理器输出或用以提供具有非零信号频率Ft的经调制正弦、经调制三角形、经调制锯齿形或其它波形的其它信号产生器电路。在一个实例中，放大器118的第一输出将振荡驱动信号递送到换能器102且第二放大器输出将相对于第一输出为180度异相的振荡驱动信号递送到换能器102。

在某些实例中，放大器118可通过第一滤波器电路119a将单端输出提供到第一输出端子112，且来自换能器102的返回电流流动穿过第二滤波器电路119b以返回到放大器118的第二输出。在所图解说明的实例中，放大器118将差分输出提供到滤波器119a、119b。在此情形中，个别滤波器电路119a及119b各自包含连接于第二电感器端子与共同参考电压(例如，GND)之间以将经放大信号递送到换能器102的串联电感器及电容器。以此方式，放大器118放大信号产生器输出信号VS且将振荡驱动信号VDRV递送到换能器102。滤波器电路119有利地允许使用来自PWM信号产生器116的经调制方波输出来提供大体正弦振荡信号VDRV以使换能器102及经机械耦合的透镜202振动。

驱动器IC 100还包含产生表示换能器102的电性质的一或多个反馈信号的反馈电路。在一个实例中，所述反馈电路包含产生表示流动穿过换能器102的电流IDRV的电流反馈信号IFB的电流传感器或电流换能器120。所述反馈电路还包含具有跨越换能器输出端子112及114连接的输入及产生表示换能器电压的电压反馈信号VFB的放大器输出的差分放大器132。反馈信号IFB及VFB提供到控制器130。在一个实例中，控制器130包含模/数(A/D)转换器135及134以分别将电流反馈信号IFB及电压反馈信号VFB转换为数字值。在一个可能实施方案中，在单个集成电路100中制作控制器130、放大器118、输出滤波器电路119及反馈电路。一般来说，驱动器100可连同摄像机212(或光源)一起设置于单个印刷电路板(PCB)上以提供用于各种基于车辆的及/或安全摄像机系统或照明系统的紧凑解决方案。

驱动器IC 100在正常模式中操作以连同相关联换能器102选择性地提供超声波透镜清洁功能。图2中的透镜202的外表面可尤其在户外安装中暴露到灰尘、碎屑、水及其它光学阻碍(在本文中称为污染物)。驱动器100提供用以致使换能器102使透镜202振动的振荡信号以促进或推动透镜202的清洁。在一个实例中，驱动器100提供超声波驱动信号或电压波形VDRV以致动换能器102且致使换能器102使用超声波使透镜202机械振动以将灰尘及/或水从透镜202的表面移除。透镜202在处于或接近于系统共振频率的频率的超声波下的机械振荡或运动可促进水、灰尘及/或碎屑从透镜202的节能移除。在一个实例中，驱动器IC100在透镜清洁操作期间使用反馈信号IFB及/或VFB提供闭环系统。在一个实例中，驱动器IC 100在依据一或多个反馈信号确定的电流或阻抗信号值的局部最小值或最大值下或附近调节操作。在另一可能实施方案中，控制器130根据在清洁度检测操作期间确定的所测量共振频率FZM控制频率Ft，以便促进透镜202上的特定所检测量的污染物的移除。在一个实例中，控制器130使用来自A/D转换器134及/或135的所转换值来实施对驱动换能器102以用于透镜清洁操作的闭环控制。

控制器130也在清洁度检测模式中操作以检测污染物在透镜202上的存在或不存在。在实例性实施方案中，控制器130在清洁度检测操作期间确定所测量共振频率FZM，且如果确定清洁为适当的，那么开始在与所确定的所测量共振频率FZM对应的频率Ft下进行清洁操作，且针对给定清洁操作在所确定清洁持续时间内将操作频率Ft逐渐转变为先前所确定的基线共振频率FZB。此外，如下文中所描述，在某些实例中，控制器130在给定清洁循环中实施选择性清洁以首先检验清洁是否为适当的，且如果为适当的，那么进行一定量或水平的清洁。如果确定透镜202为基本上洁净的，那么控制器130在所述清洁循环中抑制执行清洁操作。以此方式，控制器130有利地节省电力且在不必要的情况下选择性地避免清洁。而且，在清洁度检测模式操作期间对所测量共振频率FZM的初始确定允许控制器130基于所测量共振频率FZM而选择性地采用多个水平的清洁。而且，控制器130基于所测量共振频率FZM而选择性地确定对应清洁参数，例如清洁持续时间及/或清洁功率。此外，如图1中所展示，在某些实例中，控制器130经由驱动器IC输出146将用以指示检测到透镜202上的污染物的输出信号CONTAMINANT递送到主机系统148。

如图1中所展示，由A/D转换器134及135将模拟反馈信号VFB及IFB转换为数字值。在一个实例中，控制器130基于来自转换器134及135的时间域数字电压及电流反馈值而计算离散傅里叶变换(DFT)分量136及137以分别提供电压相量值138及电流相量值139。控制器130还实施复除(DIVIDE)函数140以针对给定样本将扫掠频率响应值(例如扫掠阻抗值142)计算为电压相量值138与电流相量值139的比率。在这点上，A/D转换器以充分高的样本频率来操作以获得表示与经驱动换能器102相关联的反馈电压及电流的数字值流。通过由控制器130的处理器执行程序指令而实施的处理提供频率响应值(例如，阻抗值142)流。对于多个频率在预定所关注频率范围中的扫掠，一系列频率响应值142提供随频率而变的频率响应分布曲线。

污染物在透镜202上的存在或不存在影响透镜清洁系统的质量，且因此影响共振频率。所测量频率响应(例如，阻抗)分布曲线的局部最小值及/或最大值可用于识别或确定与在透镜202上包含额外质量的污染物的透镜清洁系统的机械阻抗相关联的所测量共振(resonance或resonant)频率FZM。基于此原理，在一个实例中，控制器130比较通过在不同频率下的阻抗测量确定的所测量共振频率值FZM，且将所测量共振频率值与基线共振频率值FZB(对应于具有基本上洁净透镜202的透镜清洁系统)进行比较。可将这些频率值之间的差与一或多个阈值进行比较以便自动采取一或多个动作或抑制一或多个控制动作。举例来说，如果未检测到第一阈值差量，那么控制器130可抑制执行透镜清洁操作直到后续清洁循环为止。在某些实例中，如果通过此比较检测到频率改变的初始阈值量，那么控制器130可进一步将频率差与第二较高阈值进行比较，且因此设定一或多个清洁参数。

在所图解说明的实例中，控制器130控制驱动信号VDRV的频率Ft以使透镜202在所关注频率范围中的多个频率下振动。在一个实施方案中，控制器130在一或多个预定所关注频率范围内执行频率扫掠。控制器130在频率扫掠期间以数字方式转换反馈信号，获得频谱相量信息138及139，且将这些值进行除法运算140以获得与所关注范围中的频率对应的扫掠频率响应值142。控制器130还依据扫掠频率响应值142确定所测量共振频率FZM且实施将所测量共振频率FZM与基线共振频率值FZB(与洁净透镜202的在给定所关注频率范围中的频率中的对应者相关联)进行比较的比较函数144。控制器130使用所述比较来根据所测量共振频率FZM与基线共振频率值FZB之间的差的绝对值选择性地确定污染物在透镜202上的存在或存在。在一个实例中，可根据一或多个阈值执行此比较。控制器130不需要执行连续扫掠，且替代地可控制透镜换能器驱动信号频率Ft以使透镜202在包含于预定所关注频率范围中的一或多个频率下振动且根据驱动器反馈信号VFB、IFB计算对应频率响应值142及一或多个所测量共振频率值FZM。

还参考图3到5，图3展示用以操作超声波透镜清洁系统的实例性过程或方法300。在某些实例中，可由控制器或处理器(例如上文中所描述的透镜清洁系统驱动器控制器130)实施方法300。在各种实施方案中，方法300可包含清洁度检测操作及选择性超声波透镜清洁操作，如图3中所图解说明。在额外的可能实施方案中，方法300还可包含初始校准或基线处理序列以确立存储于存储器150中的一或多个基线分布曲线，所述一或多个基线分布曲线包含对应基线频率响应值152及与具有洁净透镜202的相关联透镜清洁系统对应的一或多个基线共振频率值。在一个实例中，图1及2的透镜清洁系统的控制器130经编程或经配置以实施用于在304到310处的检测透镜202上的阈值量污染物且用于在314到318处的选择性超声波清洁的方法300。清洁度检测操作使用存储于存储器150(图1)中的基线频率响应分布曲线信息，包含基线频率响应值(例如，阻抗值)152及从基线频率响应值152导出的一或多个基线共振频率FZB。

图4提供展示实例性阻抗量值响应曲线402在宽范围403(例如在一个实例性实施方案中为10到1000kHz)内随换能器激发频率而变的曲线图400。阻抗量值响应曲线402表示可存储于存储器150中的基线频率响应分布曲线，例如在贯穿范围403的不同频率下的多个频率响应值。取决于一般在光学系统中使用且尤其在透镜清洁系统中使用的结构组件的各种质量，可使用其它范围，优选地覆盖可用范围。图5提供展示实例性相位角响应曲线502在相同宽频率范围403内随换能器激发频率而变的对应曲线图500。在此实例中，阻抗曲线402包含：若干个局部最大值，其对应于机械系统的极点；及若干个局部最小值，其对应于系统零。相位曲线502的局部最大值处于阻抗曲线402的极点与零频率之间的几何平均数。曲线图400及500描绘具有对应极点FPB(局部最大值)及零FZM(局部最小值)的实例性所关注频率范围404。

可在工厂校准操作期间及/或当已知或相信透镜202洁净时在经安装主机系统中实施基线处理或校准。在一个实例中，控制器130测量基线频率响应分布曲线150，基线频率响应分布曲线150包含跨越包含图4及5中的所关注频率范围404的宽频率范围403针对具有洁净透镜202的透镜清洁系统所测量的频率响应值152。控制器130将基线频率响应分布曲线存储于透镜清洁系统的存储器150中。在某些实施方案中，控制器130还确定一或多个所关注频率范围404。在图4及5的实例中，所识别的所关注频率范围404针对实例性平面(即，平坦)透镜202从大致20kHz到30kHz延伸。在此实例中，所识别的所关注频率范围404包含在大致28.4kHz下的极点FPB及在大致28.2kHz下的零FZB。对于平面或平坦透镜，当透镜202为基本上洁净的(即，无污染物)时，局部零FZB表示透镜清洁系统的自然共振频率。在此实例中，所识别的零FZB对应于换能器102的平面外运动。

在图4及5中，基线频率响应分布曲线402还包含各种其它极点-零对，包含在大致44kHz下所图解说明的那些极点-零对。在此实例中，对于平坦或平面透镜202，在44kHz下的极点-零对表示平面内运动，且因此不用作所关注频率范围，因为透镜202的外表面上的污染物不可能在换能器102的此操作频率下对系统的共振频率具有显著效应。在某些系统中，当污染物存在于透镜202上时并非所有自然频率改变，因为当将材料添加到透镜202时共振模式的有效质量不改变。举例来说，图4及5中的44kHz的自然频率对应于径向模式，所述径向模式的有效质量不改变，因为当透镜202在径向方向上振动时剪切力并非足够强而不能使污染物移动。控制器130可识别任一数目个合适的所关注频率范围，在所述所关注频率范围内系统的共振频率的改变指示污染物在透镜202上的存在。在识别一或多个基线共振频率且识别并存储对应所关注频率范围的情况下，控制器130可操作以在主机系统148的操作期间实施清洁方案，例如周期性清洁循环调度。

还参考图6及7，例如图1及2的透镜清洁设备的机械系统的共振频率通常称为自然频率ω_n，因为机械系统当在此特定频率下由正弦曲线激发时自然振动。自然频率可根据以下方程式(1)用数学方法来表示：

(1)

其中k为机械系统的有效刚度(例如，以N/m为单位)，且m为机械系统的有效质量(例如，以kg为单位)。自然频率由于透镜盖上的额外材料而发生的预期改变可通过以下方程式(2)用数学方法来表示：

(2)

其中

(3)

为自然频率(无单位的)的经正规化改变，且

(4)

为质量(无单位的)的经正规化改变。

图6展示包含曲线602的曲线图600，其图解说明自然频率的经正规化改变随质量的经正规化改变而变。如曲线图600中所展示，自然频率的经正规化改变对质量的小的经正规化改变(例如，小于10％)非常敏感。对于质量的大的经正规化改变(例如，大于40％)，敏感度小得多。然而，经正规化改变的值仍相当大(例如，大致90％)，因此质量改变仍可容易地检测到。图7中的曲线图700包含在-5％到+17％的较小质量改变范围内的曲线702。对质量改变的自然频率敏感度对于小改变是尤其显著的，其中质量的10％经正规化改变引起自然频率的大致70％经正规化改变。自然频率敏感度可用于检测材料何时存在于透镜202上。

还参考图7及8，控制器130开始在图3中的302处的新清洁循环。在一个可能实施方案中，控制器130在主机系统148的操作期间周期性地起始新清洁循环。举例来说，透镜清洁系统可安装于用于将供在一或多个车辆控制功能、用户接口功能或其它功能中使用的信息提供到主机车辆的控制系统的基于车辆的摄像机系统中，且控制器130可根据预定或可配置时间间隔及/或基于来自主机系统148的请求而周期性地实施新控制循环。

在图3中的304处，控制器130控制驱动信号VDRV的频率Ft以使透镜202在所关注频率范围404中的多个频率下振动。在一个实例中，控制器130扫掠所关注范围404作为连续扫掠且获得反馈信号VFB及IFB的样本以供由A/D转换器134及135转换。在其它实例中，在302处，控制器130将频率Ft设定处于所关注频率范围404中的多个特定频率，且获得与经转换反馈信号对应的对应数字值。控制器130针对如上文中所描述的给定样本将扫掠频率响应值142计算为电压相量值138与电流相量值139的比率以便确定与所关注范围404中的多个频率对应的对应所测量频率响应值。

在306处，控制器130根据一或若干反馈信号IFB、VFB确定系统的所测量共振频率。在所图解说明的实施方案中，控制器130使用反馈信号来从扫掠导出所测量频率响应值142。在一个实例中，控制器130针对对应所关注频率范围404识别所测量频率响应值142中的局部最大值或局部最小值。在以下说明中，控制器130使用零位置来检测显著共振频率改变。或者，在其它实施方案中，可使用极点位置。

在308及310处，控制器130将基线共振频率值(例如，FZB)与所测量共振频率值(例如，FZM)进行比较且根据差来选择性地确定阈值量的污染物在透镜202上的存在或不存在。在图3中的308处，控制器130针对经评估的所关注频率范围404将共振频率差值计算为所测量共振频率值与基线共振频率值之间的差的绝对值(例如，|ΔFZ|＝|FZB–FZM|)。在310处，控制器130将共振频率差值|ΔFZ|与第一阈值非零FTH1进行比较以做出透镜是否具有充分量的污染物需要清洁的初始确定。举例来说，如果共振频率差值|ΔFZ|大于FTH1，那么控制器130确定阈值量的污染物存在于透镜202上。如果共振频率差值不超过阈值(在310处的否)，那么控制器130在312处确定此清洁循环不需要清洁，且过程300返回以在302处开始下一清洁循环，如上文中所描述。

在图3中的314处，如果已发生阈值量的频率改变(在310处的是)，那么控制器130确定阈值量的污染物存在于透镜202上。在一个实例中，控制器130包含响应于在图3中的314处确定阈值量的污染物存在于透镜202上而将信号CONTAMINANT选择性地提供到主机系统148的输出146(图1)。

在某些实例中，控制器130使用差值|ΔFZ|的振幅来将透镜202上的不同量的污染物区分开，例如使用第二阈值比较。此架构促进主机系统采取适当补救动作。在316处，控制器130根据|ΔFZ|的振幅确定一或多个清洁参数。在一个实例中，控制器130将差值|ΔFZ|的振幅与第二阈值FTH2进行比较，其中FTH2>FTH1。而且，在某些实施方案中，控制器130在318处比较差值|ΔFZ|的振幅以选择性地设定任一所实施清洁过程的一或多个清洁参数，例如清洁阶段数目、每一阶段的清洁持续时间、每一阶段的清洁功率、每一阶段的清洁电压、每一阶段的清洁频率范围、每一阶段的清洁频率斜坡率等。

图8及9提供随换能器激发频率而变的阻抗量值及相位角响应曲线，其图解说明包含洁净透镜、具有水污染物的透镜及具有泥污染物的透镜的系统的实例性曲线。图8及9的实例贯穿上文中针对平坦透镜202所描述的在图4及5中所图解说明的宽频率范围403对应于透镜清洁系统响应。图8中的曲线图800包含与系统中的洁净透镜202对应的曲线402(例如，如上文中所描述的也在图4中展示的)。曲线图800进一步包含：曲线802，其表示在水污染物存在于透镜202上的情况下系统的阻抗量值响应；及曲线804，其展示在泥污染物存在于透镜202上的情况下系统的阻抗量值响应。图9中的曲线图900展示：对应阻抗相位响应曲线402，其对应于洁净透镜202；以及曲线902及904，其分别展示具有水污染物及泥污染物的透镜202的阻抗相位响应。如上文中结合图4所描述，图8中的曲线图800指示在所关注频率范围404内的基线极点频率FPB及基线零频率FZB。图9中的曲线402包含与图8的曲线402中的局部最小值(零)对应的在频率FZB下的局部最大值。图8及9图解说明水及泥相对于洁净透镜202的实例性阻抗量值及相位响应改变。此外，这些曲线图800及900证明所识别的所关注频率范围404适合用于检测污染物在透镜202上的存在或不存在，且系统能够检测多个类型的污染物在透镜202上的存在。

如图8中进一步展示，控制器130能够确定表示透镜清洁系统的频率响应的所测量频率响应曲线802及804。在此实例中，水污染物曲线802具有指定为FPM1的在所关注频率范围404中的局部最大值及指定为FZM1的局部最小值(零)。在一个实例中，控制器130基于所测量频率响应值142及对应反馈信号IFB及/或VFB而确定所测量共振频率FZM1(上文中所描述的在图3中的306)，且计算图8中所指示的水污染物实例的对应共振频率差值|ΔFZ1|。针对透镜202上的泥污染物类似地，控制器130确定所测量共振频率值FZM2且计算图8中所展示的对应共振频率差值|ΔFZ2|。

图10及11进一步图解说明用于在实例性所关注频率范围404中关于透镜202上的不同量的水污染物进行透镜清洁度检测的驱动器100的能力。图10提供曲线图1000，其展示在第一范围中针对具有洁净透镜202及具有带有不同量的水污染物的透镜202的透镜清洁系统的阻抗量值响应曲线随在所关注范围404中的换能器激发频率而变。举例来说，曲线402展示洁净透镜202的阻抗量值响应，曲线1002展示50μL的水的阻抗量值响应，曲线1004展示100μL的水的阻抗量值响应，曲线1006展示150μL的水的阻抗量值响应，且曲线1008展示透镜202上的200μL的水的阻抗量值响应。曲线图1000还图解说明：实例性所测量共振频率FZ1，其由控制器130关于曲线1002而确定；及由控制器130计算的所计算共振频率差值|ΔFZ1|，其展示由于透镜202上存在50μL的水而产生的频率响应差。在图10中展示另一实例性所测量共振频率FZ2，以及与曲线1004对应的对应共振频率差值|ΔFZ2，对应共振频率差值|ΔFZ2图解说明由于存在100μL的水所致的改变|。

图11提供贯穿所关注频率范围404的曲线图1100，其包含如上文中针对洁净透镜202所描述的曲线402。而且，曲线图1100包含分别与由于透镜202上存在2μL、5μL、10μL、15μL、20μL及25μL的水而产生的阻抗量值响应对应的额外曲线1102、1104、1106、1108、1110及1112。图11进一步指示针对洁净透镜202的情形的上文所描述的基线极点及零频率FPB及FZB。而且，图11展示基线极点频率FPB、基线零频率FZB及分别与针对存在2μL的水及25μL的水的所测量共振频率对应的两个实例性所测量共振频率FZM1及FZM2。而且，曲线图1100针对2μL及25μL水污染物情形展示对应第一共振频率差值|ΔFZ1|及第二共振频率差值|ΔFZ2|。如上文中所描述，在某些实例中，控制器130将所计算共振频率差值|ΔFZ|与第一阈值FTH1进行比较。图11展示可由控制器130使用的一个可能第一阈值FTH1的实例。在此情形中，对于2μL的污染物量，控制器130将对应第一共振频率差值|ΔFZ1|与第一阈值FTH1进行比较，且确定(图3中的310)不需要清洁，因为|ΔFZ1|<FTH1。在所图解说明的实例中，因此，控制器130通过抑制针对当前清洁循环执行透镜清洁操作(例如，图3中的312)而有利地节省能量。

以此实例继续，如果透镜202上的污染物量替代地为25μL的水(图11中的曲线1112)，那么控制器130将对应共振频率差值|ΔFZ2|与第一阈值FTH1进行比较，且确定(图3中的310)清洁为适当的，因为|ΔFZ2|>FTH1。此外，在此情形中，控制器130接着将共振频率差值|ΔFZ2|与第二阈值FTH2进行比较。由于|ΔFZ2|>FTH2，因此控制器130在图3中的316处确定清洁功率电平及/或清洁持续时间以便提供高水平的清洁从而移除透镜202上的显著较高25μL量的水污染物。可实施多个额外阈值确定以便通过调整一或多个清洁参数(例如清洁持续时间、清洁功率电平等)提供多个水平的可配置清洁。在使用水污染物的这些实例中，针对透镜202上的对应质量改变的频率改变为可检测的。

图12提供包含曲线1202的曲线图1200，其图解说明经正规化自然频率改变随实例性透镜清洁系统的质量改变而变。此实例性曲线1202与上文中所描述的在图6及7中所展示的理论模型化对应，且验证控制器130使用共振频率改变来成功地检测透镜清洁系统的甚至小的质量改变以确定透镜202的相对清洁度的能力。举例来说，所描述系统产生具有大约5的斜率的曲线1202，此指示0.1％质量改变产生0.5％频率改变。在透镜202上存在2mL的水污染物的情形中，仅影响2mg质量改变，此产生85Hz的可检测改变。

本文中所描述的实例有利地促进污染物在透镜202上的存在或不存在的识别，且在基于清洁度检测能力而操作透镜清洁系统中提供各种益处。举例来说，控制器130可选择性地确定何时可在周期性清洁操作配置中跳过清洁循环，且控制器130还可有利地针对存在于透镜202上的污染物量而调适清洁(在需要时)。举例来说，此目标可通过改变周期性清洁操作的开始及停止时间(例如，清洁持续时间)而实现，借此减少能量消耗。就此来说，频率响应分析(例如，图3中的304到312)消耗比进行清洁操作少的电力(318)，且每当控制器130选择性地确定不需要清洁(312)时，总体透镜清洁系统节约能量。此外，系统可仅在需要时明智地采用较高功率清洁。此外，如上文中所描述，所测量共振频率的初始分析及确定可提供用于实际清洁操作的控制信息。举例来说，控制器130可明智地在所测量共振频率下进行清洁及/或在所测量频率下开始清洁且将清洁频率Ft朝向基线频率转变，假设额外清洁使系统共振点朝向基线值移动。以此方式，识别用于318处的清洁操作的适当开始频率允许系统更充分地利用包含所检测污染物的系统的真正自然频率，借此通过在总体系统的共振频率下供给换能器102能量而改进清洁效率。

修改在所描述实施例中是可能的，且其它实施例在权利要求书的范围内也是可能的。

Claims

1.一种透镜清洁装置，其包括：

驱动器，其具有适配以通过换能器耦合至透镜的驱动器输出，所述驱动器包括：

反馈电路，其具有反馈输入及反馈输出，所述反馈输入耦合至所述驱动器输出，且所述反馈电路经配置以响应于所述反馈输入而在所述反馈输出处提供表示所述换能器的电性质的反馈信号，所述反馈信号包括：表示在所述换能器中流动的电流的电流反馈信号，以及表示所述换能器的电压的电压反馈信号；及

控制器，其耦合于所述反馈输出与所述驱动器输出之间，所述控制器经配置以：

在所述驱动器输出处提供振荡驱动信号以致使所述换能器使所述透镜在所关注频率范围内的频率下振动；

响应于所述反馈信号，确定在所述所关注频率范围内的所述透镜的共振频率；及

响应于所确定的共振频率和所述透镜的基线共振频率之间的差，在所述驱动器输出处选择性地提供所述驱动信号以致使所述换能器使所述透镜在透镜清洁操作中振动，其包括，响应于所述差的绝对值是否大于非零频率阈值，确定所述透镜是否具有阈值量的污染物。

2.根据权利要求1所述的透镜清洁装置，其中：

所述控制器经配置以：

当致使所述换能器使所述透镜在所述所关注频率范围内的频率下振动时，响应于所述电流反馈信号及所述电压反馈信号确定频率响应值；

响应于所述频率响应值，确定在所述所关注频率范围内的所述透镜的所述共振频率；及

计算所确定的共振频率与所述基线共振频率之间的所述差的绝对值。

3.根据权利要求2所述的透镜清洁装置，其中所述控制器经配置以：

响应于所述频率响应值确定所述透镜的频率响应分布曲线；及

将所述共振频率确定为所述频率响应分布曲线的局部最小值或局部最大值。

4.根据权利要求1所述的透镜清洁装置，其中所述非零频率阈值是第一频率阈值，且所述控制器经配置以响应于所述差的绝对值及第二频率阈值确定清洁阶段、所述清洁阶段的电压电平、所述清洁阶段的频率扫掠范围及所述清洁阶段的频率扫掠速率，所述第二频率阈值大于所述第一频率阈值。

5.根据权利要求1所述的透镜清洁装置，其中所述控制器经配置以在所述驱动器输出处选择性地提供所述驱动信号以致使所述换能器使用响应于所述所确定的共振频率的清洁功率电平或清洁持续时间使所述透镜在所述透镜清洁操作中振动。

6.根据权利要求5所述的透镜清洁装置，其中所述控制器经配置以：

当致使所述换能器使所述透镜在所述所关注频率范围内的频率下振动时，响应于所述反馈信号确定频率响应值；

7.根据权利要求1所述的透镜清洁装置，其中所述控制器经配置以：

8.根据权利要求1所述的透镜清洁装置，其中所述控制器经配置以：

当致使所述换能器使所述透镜在所述所关注频率范围内的频率下振动时，响应于所述反馈信号确定用于清洁透镜的频率值；

响应于所述频率值，确定所述透镜的基线频率响应分布曲线；

存储所述基线频率响应分布曲线；及

将所述基线共振频率识别为与所述基线频率响应分布曲线的局部最小值或局部最大值。

9.根据权利要求1所述的透镜清洁装置，其中所述驱动器输出、所述反馈电路及所述控制器是单个集成电路的一部分。

10.一种透镜清洁系统，其包括：

透镜；

换能器，其机械耦合到所述透镜；

驱动器，其具有耦合至所述换能器的驱动器输出，所述驱动器包括:

11.根据权利要求10所述的透镜清洁系统，其中：

所述控制器经配置以：

12.根据权利要求11所述的透镜清洁系统，其中所述控制器经配置以：

13.根据权利要求10所述的透镜清洁系统，其中所述非零频率阈值是第一频率阈值，且所述控制器经配置以响应于所述差的绝对值及第二频率阈值确定清洁阶段、所述清洁阶段的电压电平、所述清洁阶段的频率扫掠范围、所述清洁阶段的频率扫掠速率及所述清洁阶段的持续时间，所述第二频率阈值大于所述第一频率阈值。

14.根据权利要求10所述的透镜清洁系统，其中所述控制器经配置以在所述驱动器输出处选择性地提供所述驱动信号，以致使所述换能器使用响应于所述所确定的共振频率的清洁阶段、所述清洁阶段的电压电平、所述清洁阶段的频率扫掠范围、所述清洁阶段的频率扫掠速率及所述清洁阶段的持续时间使所述透镜在所述透镜清洁操作中振动。

15.根据权利要求14所述的透镜清洁系统，其中所述控制器经配置以：

16.根据权利要求10所述的透镜清洁系统，其中所述控制器经配置以：

17.根据权利要求10所述的透镜清洁系统，其中所述控制器经配置以：

响应于所述频率响应值，确定所述透镜的基线频率响应分布曲线；

存储所述基线频率响应分布曲线；及

将所述基线共振频率识别为所述基线频率响应分布曲线的局部最小值或局部最大值。

18.一种用以操作透镜清洁系统的方法，所述方法包括：

响应于所述透镜清洁系统的反馈输入，在所述透镜清洁系统的反馈输出处提供反馈信号，所述反馈信号表示所述透镜清洁系统的换能器的电性质，所述反馈信号包括：表示在所述换能器中流动的电流的电流反馈信号，以及表示所述换能器的电压的电压反馈信号，所述换能器耦合到透镜；

在耦合至所述换能器的驱动器输出处提供振荡驱动信号以致使所述换能器使所述透镜在所关注频率范围内的频率下振动；

响应于所确定的共振频率与所述透镜的基线共振频率之间的差，选择性地在所述驱动器输出处提供所述驱动信号以致使所述换能器使所述透镜在透镜清洁操作中振动，其包括，响应于所述差的绝对值是否大于非零频率阈值，确定所述透镜是否具有阈值量的污染物。

19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括：

当致使所述换能器使所述透镜在所述所关注频率范围内的频率下振动时，根据所述反馈信号确定频率响应值；

计算所述共振频率与所述基线共振频率之间的所述差的绝对值。

20.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括响应于所述差的绝对值使清洁阶段、所述清洁阶段的电压电平、所述清洁阶段的频率扫掠范围、所述清洁阶段的频率扫掠速率及所述清洁阶段的持续时间变化。