德州仪器即将在CES上展示公司先进的超声波镜头清理技术。

超声波镜头清理是通过精确控制的高频振动，清洁玻璃表面。尤其是在下雨天，这项技术可以自动检测并清除汽车后置摄像头镜头上的雨滴，而无需驾驶员采取任何行动。

超声波镜片清洗技术是如何工作的？

让我们从基础物理学开始。 所有物体都有固定震荡频率，由其分子结构和几何形状决定。例如，吉他弦在弹奏时以其自然频率振动。 同样，酒杯在被敲击时会以其自然频率振动。 如果您以特定的固有频率反复向材料施加能量，则入射波将叠加现有波——使它们更强烈但仍处于同一相位，这种现象称为共振。

为了更好地理解共振，想象一下你正在推某人荡秋千。当处于顶峰时，在正确的时刻推秋千则会荡的更高，相反，如果在错误的时刻推动，则会吸收一些机械能并减弱摆动高度。

玻璃、硅和聚碳酸酯镜片都具有固有频率，具体取决于它们的形状和厚度。以这些材料的固有频率施加超声波振动（或人类听觉范围之外的振动）会导致它们共振。就像以玻璃物体的固有频率发出尖叫声会导致其共振至破碎一样，使用压电换能器和先进半导体以特殊模式精确施加超声波振动可以有效地去除表面的水、污垢和其他污染物。下面的图 1 显示了超声波镜头清洁系统的横截面。图 2 随后显示了超声波镜片清洁系统排水的动画。虽然超声波镜头盖通常会以大约 10 微米的位移振动，这小于人眼所能察觉的位移，但出于演示目的，动画被放大了。

图 1：超声波镜头清洁系统

图 2：超声波镜头清洗系统排水动画

为什么这项技术很重要？

2014 年，美国交通部强制要求 2018 年 5 月 1 日之后生产的汽车需要安装后置倒车摄像头。如今，一些汽车配备多达八个摄像头和其他使用激光雷达等技术的外部传感器。

这些相机和传感器只有在镜头清晰无遮挡时才有用；溅起的泥土或雨水很容易使一些自动辅助ADAS功能失效。因此，随着汽车变得更智能、更安全和更先进，这些传感器可能会出现新的要求，以便在所有天气条件下都可以运行自动紧急制动等功能。

虽然超声波清洗已经存在于医疗等领域，但机械设计、软件算法和半导体集成方面的创新已经支持露天进行超声波表面清洗。自清洁相机镜头技术也不限于汽车行业；实际上，任何带有摄像头的应用都可以利用该技术，包括交通监控摄像头、内窥镜和机器视觉摄像头。

其他清洁方法

汽车原始设备制造商已经试验了摄像头清洁方法，例如小型化挡风玻璃刮水器、压缩空气和旋转镜头。不幸的是，这些方法过于复杂、昂贵，而且并非在所有情况下都适用。一些高端车辆配备隐藏式喷水器来清洗相机镜头，这种方法需要额外的管道和液体，同时喷水无法清除冰，以及雨水。

超声波镜头清洁系统可以利用机械振动来快速产生热量，融化冰并喷走水。它们可以通过自动感应水并通过振动将其雾化，从而持续清除镜片上的雨水。通过正确的算法和机械设计，这些系统可以去除其他污染物，例如灰尘、泥浆甚至昆虫。这听起来可能很复杂，但专用半导体可以在非常小的占地面积内完成这项任务。使用专用半导体，自动超声波镜头清洁系统可以是独立的，仅依赖于电源和可选的数据线。

结论

为了实现安全可靠的汽车，我希望汽车行业采用超声波清洗镜片；其他类型的终端设备，例如农业自动化系统、交通摄像头和体育拍摄，也可能会采用这种技术，因为它具有性能优势、运营效率和简化的维护。

在CES上，我们将看到这种超声波清洗技术如何帮助镜头实现更干净，更安全。