【技術分野】

【0001】

【発明の概要】

説明する例は、レンズクリーニングシステム、ドライバ、及びレンズクリーニングシステムにおける欠陥又は劣化を検出する方法を含む。レンズクリーニングシステムは、注目の周波数範囲でレンズを振動させるようにレンズトランスデューサ駆動信号周波数を制御してドライバフィードバック信号に従って周波数応答値を測定し、健全なシステムについて測定周波数応答値をベースライン周波数応答値と比較するためのコントローラを含む。コントローラは、複数の周波数における測定周波数応答値とベースライン周波数応答値の間の相違に従って、レンズクリーニングシステムにおける欠陥又は劣化の存在を判定する。周波数応答は、インピーダンス応答、アドミッタンス応答、又は他の周波数ドメインの等価物として測定され得る。インピーダンス応答は、本説明における技法を伝えるのに有用である。

レンズクリーニングシステム及びレンズクリーニングシステムドライバの説明される例において、ドライバは、レンズを振動させるために発振駆動信号をトランスデューサに提供する出力、及びトランスデューサ電圧及び電流フィードバック信号を受け取るフィードバック回路を含む。ドライバは更に、注目の周波数範囲の周波数でレンズを振動させるように駆動信号の周波数を制御し、電流及び電圧フィードバック信号に従って測定周波数応答値を決定するコントローラを含む。コントローラは、測定周波数応答値を、注目の周波数範囲の健全なレンズクリーニングシステムについてのベースライン周波数応答値と比較し、測定周波数応答値とベースライン周波数応答値との間の相違に従ってレンズクリーニングシステムの欠陥又は劣化の存在を選択的に判定する。或る例におけるドライバは、複数の注目の範囲の解析に基づいて、欠陥又は劣化のタイプを提供する。或る実装形態において、コントローラは、第２のモードにおいて、注目の周波数範囲を含む広い周波数範囲にわたって健全なレンズクリーニングシステムについて測定される周波数応答値を含むベースラインインピーダンスプロファイルを測定及びストアするように動作し、コントローラは、ベースラインインピーダンスプロファイルの極又はゼロを含む１つ又は複数の注目の周波数範囲を識別する。

レンズクリーニングシステムの欠陥又は劣化を検出するための方法が説明される。この方法は、注目の周波数範囲の複数の周波数でレンズを振動させるように駆動信号の周波数を制御すること、及び注目の周波数範囲の周波数の１つに個々に対応する測定周波数応答値を決定することを含む。この方法は更に、測定周波数応答値を、健全なレンズクリーニングシステムについての注目の周波数範囲のベースライン周波数応答値と比較すること、及び測定周波数応答値とベースライン周波数応答値との間の相違に従って、レンズクリーニングシステムの欠陥又は劣化の存在を選択的に判定することを含む。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】レンズクリーニングシステムの概略図である。

【0006】

【図2】レンズクリーニングシステムを含むカメラレンズアセンブリの部分断面側面図である。

【0007】

【図3】レンズクリーニングシステムの劣化又は欠陥を検出及び識別する例示のプロセス又は方法のフローチャートである。

【0008】

【図4】励起周波数の関数としての例示のインピーダンスの大きさの応答曲線のグラフである。

【0009】

【図5】励起周波数の関数としての例示のインピーダンス位相角応答曲線のグラフである。

【0010】

【図6】健全なレンズクリーニングシステムについての第１の周波数範囲の異なる電圧振幅での例示のインピーダンスの大きさの応答曲線のグラフである。

【0011】

【図7】劣化又は欠陥トランスデューサを備えたレンズクリーニングシステムについての第１の周波数範囲の異なる電圧振幅での例示のインピーダンスの大きさの応答曲線のグラフである。

【0012】

【図8】健全なレンズクリーニングシステム、及びレンズ又はレンズカバーとトランスデューサとの間に劣化した又は欠陥結合を有するレンズクリーニングシステムについての、第２の周波数範囲の所与の動作電圧での例示のインピーダンスの大きさの応答曲線のグラフである。

【発明を実施するための形態】

図面において、同様の参照数字は一貫して同様の要素を指し、種々の特徴は一定の縮尺で描かれているとは限らない。この説明において、「結合する」という用語は、間接的又は直接的な電気的又は機械的接続或いはその組合せを含む。例えば、第１のデバイスが第２のデバイスと結合する又は結合される場合、この接続は、直接的な電気的接続によるもの、又は、１つ又は複数の介在デバイス及び接続部を介した間接電気的接続によるものとし得る。

図１は、ドライバ集積回路（ＩＣ）１００を備える超音波レンズクリーニングシステムを示し、図２は、超音波レンズクリーニングシステムを含むカメラレンズアセンブリ２００を示す。図２に示すように、レンズアセンブリ２００は、レンズ２０２を振動させるために機械的に結合される、円筒状の又は「リング」トランスデユーサ１０２を含む。一例において、トランスデユーサ１０２はレンズ２０２に接着される。カメラレンズシステムの文脈において例示するが、本説明の種々の技法は、カメラの有無に関わらず照明系又は他の光学系において更に有用である。説明される装置及び技法は、自動レンズクリーニング動作にも用いられ得る、コントローラ及びトランスデユーサを用いるレンズクリーニングシステムにおける欠陥又は劣化の自動検出を促進する。レンズは、本明細書において用いられる場合、焦点合わせ要素、或いは光造形、又はカメライメージングを助ける他の光学効果を実装するその他のレンズ、及び如何なるイメージング機能も実施することなく更なる光学要素を保護を単に提供するレンズカバー又は光学窓とし得る。説明される例は、１つ又は複数の電気的フィードバック信号に基づいて、レンズ及び関連する機械的構造の機械的周波数応答を評価する装置及び技法を提供し、周波数応答値を決定又は推測するために複数の周波数にわたってインピーダンス値又はアドミッタンス値を決定すること、及びベースライン周波数応答値と測定周波数応答値の比較を含む。

一例におけるレンズ２０２は、図２に示すように、湾曲した外側面を有する「魚眼」レンズである。他の例において、フラットレンズ又は異なるプロファイルを有するレンズを用い得る。この例におけるレンズアセンブリは、円筒状のキャップファスナー２０１を用いる概して円筒形のハウジング２０４に搭載され、ハウジング２０４の内部に水又はごみが入らないようにレンズ２０２の端とファスナー２０１の間に延在するОリング２０８を用いて密封される。一例において、ハウジング２０４は、後方支援カメラ、前方を向くカメラ、又は側方を向くカメラのためのレンズカバーとして動作するように自動車に搭載され得る。他の例において、アセンブリ２００は、セキュリティカメラ又は照明応用例などのため、建物又は電柱に搭載され得る。他の例において、アセンブリ２００は、商業又は住居用の建物内など、内部セキュリティ監視システムのために用いられ得る。この例において、一連の概して平坦な２次レンズ２１０が、スペーサ２０６の内側表面に配置される。２次レンズ２１０及び魚眼レンズ２０２は、カメラ２１２によるイメージングのための光路を提供する。トランスデューサ１０２は、ドライバＩＣ１００との接続のため、ハウジング２０４のベース２１４における開口２１６を介して延在するリード線又は端子１３１ａ及び１３１ｂを含む。図２の例において、レンズ２０２は、円筒形の内部スペーサ構造２０６を備える円筒状のハウジング２０４内に搭載される。この例におけるトランスデューサ１０２は、内側スペーサ２０６とハウジング２０４の外壁との間に配置される円筒状のリング形状の圧電トランスデューサである。

図１に最もよく示されるように、ドライバＩＣ１００は、基準電圧（例えば、ＧＮＤ）を有する基準ノード１０８に対する電池電圧信号ＶＢを提供する電池などの電力供給又は電源１０４から入力電力を受け取る電力入力ピン又はパッド１０６を含む。ドライバＩＣ１００は、電池電圧信号ＶＢを受け取り、ドライバ１００の内部回路要素に電力を供給するために１つ又は複数の供給電圧（図示せず）を提供する電力管理回路１１０を含む。また、ＩＣ１００は、トランスデューサ１０２の、それぞれ、リード線１３１ａ及び１３１ｂへの接続のための端子１１２及び１１４を備える出力を含む。動作において、ドライバ１００の出力は、非ゼロ周波数Ｆｔの発振駆動信号ＶＤＲＶをトランスデューサ１０２に提供して、レンズ２０２を振動させる。下記で説明するように、トランスデューサ１０２の励起によりレンズ２０２が制御振動されることにより、レンズ２０２の外側表面からの汚染物又はごみのクリーニング又は除去が容易になる。また、トランスデューサ１０２は、レンズクリーニングシステムの健全性を評価するために第１又は第２のモードにおいてドライバ１００によって制御される。特定の例において、ドライバ１００は、第１のモードにおいてレンズクリーニングシステムにおける１つ又は複数の欠陥又は劣化の存在を検出し得る。第２のモードにおいて、ドライバ１００は、下記で説明するように、１つ又は複数のベースラインプロファイルを決定するため、健全なシステムの特徴付け又は較正を行い得る。

図１に示すように、ドライバＩＣ１００は、信号生成器１１６を備えるコントローラ又は制御回路１３０を含む。一例において、コントローラ１３０は、関連する電子メモリを備えるプロセッサである。コントローラ１３０は、トランスデューサ１０２の発振周波数Ｆｔを制御することによって、様々なクリーニング、欠陥又は劣化の検出、及び任意選択の較正又はベースライン処理機能を実装する。一例において、コントローラ１３０は、信号生成器回路１１６に所望の周波数Ｆｔを提供する出力１２４を備える、掃引及び共振トラッキング欠陥検出回路１２２を含む。別の可能な実装形態において、コントローラ１３０は、周波数Ｆｔを駆動信号ＶＤＲＶの所望の周波数Ｆｔを表すデジタル値として生成するため、関連するメモリにストアされた命令の実行により、掃引及び共振トラッキング、欠陥検出、及び較正機能を実装する、ＤＳＰ又は他のプログラマブルデジタル回路などのプロセッサに実装される。一例において、信号生成器１１６は、コントローラ１３０を実装するプロセッサのパルス幅変調（ＰＷＭ）出力である。信号生成器回路１１６は、非ゼロ周波数Ｆｔで発振する出力信号ＶＳを提供する。或る実装形態において、コントローラ１３０は、統合電子メモリを含むか、又は、プロセッサによって実装されるプログラム命令をストアし、下記で説明するようなベースラインインピーダンス値などのベースライン周波数応答値１５２をストアする外部電子メモリ１５０に動作可能に接続される。図示される例は、システムの周波数応答を表すインピーダンス値１５２を用いる。アドミッタンス値、又はシステムの周波数応答を表す他の値などの他の値を用いることもできる。

ドライバＩＣ１００は更に、出力信号ＶＳを増幅して発振駆動信号ＶＤＲＶを生成する増幅器１１８を含む。このようにして、コントローラ１３０は、駆動信号ＶＤＲＶの所望の周波数Ｆｔを提供し、それによって、本明細書で説明するように、レンズ２０２のクリーニングのため、及び／又は、較正及び欠陥／劣化検出機能を実装するために、トランスデューサ１０２の発振周波数を制御する。一例において、増幅器１１８は、トランスデューサ１０２に発振駆動信号ＶＤＲＶを提供するためにトランスデューサ端子１３１ａ及び１３１ｂと個々に結合される第１及び第２の出力を備えるフルＨブリッジ増幅器回路である。図１の例において、更に、増幅器出力とトランスデューサ端子１３１ａ及び１３１ｂとの間にＬ−Ｃフィルタ回路１１９が接続される。１つの可能な実装形態では、フィルタ１１９は、増幅器１１８の第１の出力と第１のトランスデューサ端子１３１ａとの間に接続される第１のフィルタ回路１１９ａ、及び増幅器１１８の第２の出力と第２のトランスデューサ端子１３１ｂとの間に接続される第２のフィルタ回路１１９ｂを含む。矩形波信号ＶＳを生成するＰＷＭプロセッサ出力、或いは非ゼロ信号周波数Ｆｔを有する正弦波、三角波、鋸波又は他の波形を提供するための他の信号生成器回路要素を含め、様々な異なる信号生成器回路１１６が用いられ得る。一例において、増幅器１１８の第１の出力は、発振駆動信号をトランスデューサ１０２に届け、第２の増幅器出力は、第１の出力に対して１８０度位相がずれた発振駆動信号をトランスデューサ１０２に届ける。

或る例において、増幅器１１８は、第１のフィルタ回路１１９ａを介して第１の出力端子１１２にシングルエンド出力を提供し得、トランスデューサ１０からの戻り電流が第２のフィルタ回路１１９ｂを介して流れ、増幅器１１８の第２の出力に戻る。図示の例において、増幅器１１８は、フィルタ１１９ａ、１１９ｂに差動出力を提供する。この場合、個々のフィルタ回路１１９ａ及び１１９ｂは各々、増幅された信号をトランスデューサ１０２に届けるため、第２のインダクタ端子と共通基準電圧（例えばＧＮＤ）との間に接続される一連のインダクタ及びコンデンサを含む。このようにして、増幅器１１８は、信号生成器出力信号ＶＳを増幅し、トランスデューサ１０２に発振駆動信号ＶＤＲＶを届ける。フィルタ回路１１９は、有利にも、ＰＷＭ信号生成器１１６からの矩形波出力を用いて、概して正弦波の発振信号ＶＤＲＶを提供して、トランスデューサ１０２及び機械的に結合されたレンズ２０２を振動させ得る。

ドライバＩＣ１００はまた、トランスデューサ１０２内を流れる電流ＩＤＲＶを表す電流フィードバック信号ＩＦＢを生成する電流センサ又は電流トランスデューサ１２０を備えるフィードバック回路を含む。フィードバック回路要素はまた、トランスデューサ出力端子１１２及び１１４に接続される入力と、トランスデューサ電圧を表す電圧フィードバック信号ＶＦＢを生成する増幅器出力とを備える差動増幅器１３２を含む。フィードバック信号ＩＦＢ及びＶＦＢはコントローラ１３０に提供される。一例において、コントローラ１３０は、電流及び電圧フィードバック信号ＩＦＢ及びＶＦＢをデジタル値に変換するアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１３４及び１３５を含む。１つの可能な実装形態において、コントローラ１３０、増幅器１１８、及びフィードバック回路要素は、単一の集積回路１００内に製作される。ドライバ１００は、概して照明システムのための様々な車両ベースシステム及び／又はセキュリティカメラシステムのためのコンパクトな解決策を提供するように、カメラ２１２（又は光源）と共に単一の印刷回路基板（ＰＣＢ）上に提供され得る。

ドライバＩＣ１００は、超音波レンズクリーニング機能を、関連するトランスデューサ１０２と連携して選択的に提供するためにノーマルモードで動作する。図２のレンズ２０２の外側表面は、特に屋外設置において、本明細書において汚染物と称する、汚れ、ごみ、水分、及び他の光学的な障害物に晒され得る。ドライバ１００は、発振信号を提供してトランスデューサ１０２にレンズ１０２を振動させて、レンズ２０２のクリーニングを促進又は助長する。一例において、ドライバ１００は、超音波駆動信号又は電圧波形ＶＤＲＶを提供して、トランスデューサ１０２を作動させ、レンズ２０２の表面から汚れ及び／又は水分を除去するためにトランスデューサ１０２に超音波を用いてレンズ２０２を機械的に振動させる。システム共振周波数に等しい又はそれに近い周波数の超音波でのレンズ２０２の機械的な振動又は動きは、レンズ２０２からの、水、汚れ、及び／又はごみのエネルギー効率のよい除去を促進し得る。一例におけるドライバＩＣ１００は、レンズクリーニング動作の間、フィードバック信号ＩＦＢ及び／又はＶＦＢを用いる閉ループシステムを提供する。一例において、ドライバＩＣ１００は、電流フィードバック信号ＩＦＢから確かめられる電流又はインピーダンス信号値の極小値又は極大値における又はその近傍における動作を調整する。一例において、ドライバＩＣ１００は、極小値又はその近傍或いは極小値と極大値の間における動作を調整する。一例におけるコントローラは、Ａ／Ｄコンバータ１３４及び／又は１３５からの変換値を用いて、レンズクリーニング動作のためのトランスデューサ１０２の駆動において閉ループ制御を実装する。

コントローラ１３０は、レンズクリーニングシステムにおける劣化又は欠陥を検出するための第１のモード（例えば、下記で説明する図３のＤＥＴＥＣＴモード）でも動作する。図１に示すように、アナログフィードバック信号ＶＦＢ及びＩＦＢは、Ａ／Ｄコンバータ１３４及び１３５によってデジタル値に変換される。一例におけるコントローラ１３０は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）成分１３６及び１３７をそれぞれ計算して、コンバータ１３４及び１３５からの時間ドメインデジタル電圧及び電流フィードバック値に基づいて電圧及び電流フェーザ値１３８及び１３９を提供する。コントローラ１３０はまた、複素除算（ＤＩＶＩＤＥ）機能１４０を実装して、所与のサンプルについて、電流フェーザ値１３９に対する電圧フェーザ値１３８の比としての掃引インピーダンス値１４２などの掃引周波数応答値を演算する。この点で、Ａ／Ｄコンバータは、駆動されたトランスデューサ１０２に関連するフィードバック電圧及び電流を表す一連のデジタル値を得るため、十分に高いサンプリング周波数で動作する。コントローラ１３０のプロセッサによるプログラム命令の実行によって実装される処理は、一連の周波数応答値（例えば、インピーダンス値）１４２を提供する。

第１のモードにおける劣化／欠陥検出動作において、コントローラ１３０は、注目の周波数範囲の複数の周波数でレンズ２０２を振動させるように、駆動信号ＶＤＲＶの周波数Ｆｔを制御する。一実装において、コントローラ１３０は、１つ又は複数の所定の注目の周波数範囲について周波数掃引を実施する。コントローラ１３０は、周波数掃引の間フィードバック信号をデジタル的に変換し、周波数スペクトルフェーザ情報１３８及び１３９を得、これらの値を除算（１４０）して、注目の範囲の周波数に対応する掃引周波数応答値１４２を得る。コントローラ１３０はまた、測定周波数応答値１４２を、健全なレンズクリーニングシステムについての所与の注目の周波数範囲内の周波数のうち対応する周波数に関連するベースライン周波数応答値１５２と比較する比較機能１４４を実装する。コントローラ１３０は、この比較を用いて、測定周波数応答値１４２とベースライン周波数応答値１５２との間の相違に従って、システムにおける欠陥又はレンズクリーニングシステムにおける劣化の存在を選択的に判定する。コントローラ１３０は、継続的な掃引を実装する必要はなく、その代わりに、所定の注目の周波数範囲に含まれる１つ又は複数の周波数でレンズ２０２を振動させるようにレンズトランスデューサ駆動信号周波数Ｆｔを制御し、ドライバフィードバック信号ＶＦＢ、ＩＦＢに従って、対応する周波数応答値１４２を演算する。

コントローラ１３０は、測定周波数応答値１４２を、健全なシステムについての対応するベースライン周波数応答値１５２と比較する。コントローラ１３０は、測定周波数応答値１４２とベースライン周波数応答値１５２との間の相違に従って、レンズクリーニングシステムにおける欠陥又は劣化の存在を選択的に判定する。或る実装において、コントローラ１３０は、測定値１４２とベースライン値１５２との間の差と閾値とを比較して、システムが健全かどうかの初期判定を行う。欠陥又は劣化が判定される場合（例えば、差が第１の閾値より大きい場合）、この差の量は、第２の閾値比較を用いて疑われる欠陥と疑われる劣化とを区別するために用いられ得る。一例におけるコントローラ１３０は、欠陥又は劣化の存在の判定に応答して信号ＦＡＵＬＴ／ＤＥＧＲＡＤＡＴＩＯＮをホストシステム１４８に選択的に提供する出力１４６を含む。このアーキテクチャにより、ホストシステムによる適切な矯正措置が促進される。例えば、車載運転補助応用例において、ドライバＩＣ１００は、車両運行、ブレーキ制御、操舵制御、運転者警告などのためのカメラ出力を用いる自動車両制御システムにレンズクリーニングシステムが劣化又は欠陥を有することを自動的に報知し得る。

一例において、コントローラ１３０は更に、第２のモード（例えば、下記で説明する図３のＢＡＳＥＬＩＮＥモード）で動作可能である。第２のモードは、既知の健全なシステムの周波数応答を１つ又は複数のベースラインプロファイルとして特徴付けることによって健全なシステムを較正するために用いられ得る。一例において、コントローラ１３０は、インピーダンスプロファイル（例えば、図１のメモリ１５０内のプロファイル）など、１つ又は複数のベースライン周波数応答プロファイルを測定する。個々のベースラインプロファイルは、１つ又は複数の注目の周波数範囲を含む広い周波数範囲にわたって健全なレンズクリーニングシステムについて測定される周波数応答値１５２を含む。コントローラ１３０は、１つ又は複数のベースラインインピーダンスプロファイルをレンズクリーニングシステムのメモリ１５０にストアし、図４及び図５に関連して下記で説明するように、ベースラインインピーダンスプロファイルの極ＦＰ又はゼロＦＺを含む、１つ又は複数の注目の周波数範囲を識別する。

或る例において、コントローラ１３０は、複数の異なるトランスデューサ電圧の各々に対し１つ又は複数のベースラインプロファイルを決定し、これらの複数のベースライン周波数応答プロファイルをレンズクリーニングシステムのメモリにストアする。これらの例において、コントローラ１３０は、複数の異なるトランスデューサ電圧の各々に対し第１の（ＤＥＴＥＣＴ）モードで動作して、対応するトランスデューサ電圧について注目の所定範囲の周波数でレンズ２０２を振動させるためにトランスデューサ１０２を駆動する。この場合、コントローラ１３０は、電流フィードバック信号ＩＦＢ及び電圧フィードバック信号ＶＦＢに従って注目の所定周波数範囲の周波数の１つに個々に対応する測定周波数応答値１４２を決定する。コントローラ１３０は、測定周波数応答値を、対応するトランスデューサ電圧について、注目の所定周波数範囲の対応するベースライン周波数応答値１５２と比較する。コントローラ１３０は、この比較において識別される相違に従って、欠陥又は劣化の存在を選択的に判定する。この点で、システムの正常なクリーニング動作は、レンズ２０２から汚染物を除去するように適応される或るトランスデューサ電圧において動作し得る一方で、システムの欠陥又は劣化検出動作が、電力消費を潜在的に低減しながら、これらの電圧及び／又は１つ又は複数の故障又は欠陥の存在を検出するように適応される異なる（例えば低い）電圧で実施され得る。このアーキテクチャは、レンズクリーニングシステムが電池電源１０４により動作する場合に特に有利であり、トランスデューサに対する熱応力を低減する点においても有利である。

或る実装形態において、更に、コントローラ１３０は、相違が欠陥又は劣化の存在を示す特定の注目の周波数範囲に従って、特定の判定された欠陥又は劣化タイプを選択的に識別する。このようにして、ドライバ１００は、レンズクリーニングシステムが劣化又は欠陥を有することを初期的に示し、任意選択で特定の相違に従って欠陥タイプも示すため、ホストシステム１４８にＦＡＵＬＴ／ＤＥＧＲＡＤＡＴＩＯＮ信号を選択的に発し得る。このような実装は、ホストシステム１４８に高度な情報を提供し、インピーダンス応答又はより一般的には周波数応答に基づいて特定の欠陥又は劣化のタイプを示すことを促進する。このような認識可能なタイプには、レンズのヒビ又は破損、トランスデューサのヒビ又は脱分極、密閉不良、接着不良などが含まれ得る。したがって、説明される例は、レンズカバーシステムにおいて不良が生じた時点の識別、不良のタイプの識別を促進し、コントローラ１３０及び／又はホストシステム１４８は、適切な補正又は矯正動作を提供し得る。この設計は、不良を積極的に識別し、欠陥又は劣化を有するシステム構成要素の交換を可能にして、システムを高利用可能性で動作可能にすることによって、レンズクリーニングシステムの準備性及び利用可能性の改善を促進する。

図３〜図８を参照すると、図３は、レンズクリーニングシステムの劣化又は欠陥を検出及び識別するプロセス又は方法３００を示す。方法３００は、或る例において、上述したレンズクリーニングシステムのドライバコントローラ１３０などのコントローラ又はプロセッサによって実装され得る。プロセス３００は、３０２及び３０４において、関連するレンズクリーニングシステムが動作可能又は「健全」であることが既知であるとき、図１のコントローラ１３０のメモリにストアされるベースラインプロファイル１５０及び対応するベースライン周波数応答値１５２を確立するための初期較正又はベースライン確立モード（図３の「ＢＡＳＥＬＩＮＥ」モード）を含む。例えば、健全なシステムは、トランスデューサ１０２、対応するレンズ２０２とのトランスデューサ１０２の機械的結合を含む機械的構造（図２）、ハウジング２０４へのレンズ２０２及び／又はトランスデューサ１０２の搭載、密閉構造２０８の構造的完全性及び位置決めなどを含め、システム構成要素のいかなる既知の欠陥又は劣化も有さない。３０６〜３１６において、このシステムは、レンズクリーニングシステムの劣化及び／又は欠陥を選択的に検出し任意選択で識別するため検出モード（図３の「ＤＥＴＥＣＴ」モード）で動作する。

ＢＡＳＥＬＩＮＥモードにおける動作は図３の３０２で開始する。３０２において、コントローラ１３０は、健全なシステムについて、異なる電圧及び周波数におけるベースライン周波数応答プロファイルを測定し、好ましくは、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭなどの不揮発ストレージにこれらのプロファイルをストアする。一例において、この設計は、広い周波数範囲にわたって複数の周波数でレンズ２０２を振動させるようにトランスデューサ駆動信号周波数Ｆｔを制御する一方で、周波数応答値１５２を決定（例えば、演算）するため、サンプリングされた電流値及び電圧値を測定することを含む。上述したように、この手法は、周波数Ｆｔの（例えば、広い周波数範囲を通して上向き又は下向きの）制御によって、又は任意の適切なシーケンスにおける広い周波数範囲を通した離散周波数にわたる選択的な動作によって、連続周波数掃引として実装され得る。一例において、ベースライン周波数応答プロファイルは、３０２において複数のトランスデューサ電圧について測定又はその他の方法で確立される。次いで、コントローラ１３０は、３０４において、得られた周波数応答プロファイルを解析して、各トランスデューサ電圧に対し所与の欠陥のタイプに対応する極又はゼロを含む１つ又は複数の注目の周波数範囲を識別する。所与の劣化／欠陥のタイプと、対応するトランスデューサ電圧についての１つ又は複数の特定の注目の周波数範囲との対応が、例えば、経験的な試験、工場での製造試験、或いは任意の他の適切な解析又はデータ源に基づいて、事前に確立され得る。

図４は、一実装において１０〜１０００ｋＨｚなどの、広範囲４０３にわたるトランスデューサ励起周波数の関数としての例示のインピーダンスの大きさの応答曲線４０２を図示するグラフ４００である。光学系一般及び特にレンズクリーニングシステムに用いられる構造構成要素の様々な質量に応じた、好ましくは使用可能な範囲をカバーする他の範囲が用いられ得る。図５は、同じ広い周波数範囲４０３にわたるトランスデューサ励起周波数の関数としての例示の位相角応答曲線５０２を示す対応するグラフ５００を提供する。この例において、インピーダンス曲線４０２は、機械系の極に対応する多数の極大値及びシステムゼロに対応する多数の極小値を含む。位相曲線５０２の極大値は、インピーダンス曲線４０２の極周波数及びゼロ周波数の幾何学的平均値に位置する。グラフ４００及び５００は、対応する極ＦＰ及びゼロＦＺを有するいくつかの別個の周波数範囲を示し、これらの周波数範囲は、極ＦＰ１及びゼロＦＺ１を有する第１の識別される注目の周波数範囲４０４−１、並びに極ＦＰ２及びゼロＦＺ２を有する第２の識別される注目の周波数範囲４０４−２を含む。

レンズクリーニングシステムの１つ又は複数の構成要素或いは態様の欠陥及び／又は劣化は、インピーダンス曲線４０２及び／又は位相スペクトル曲線５０２の周波数スペクトルの変化を生じさせ得る。説明されるシステム及び方法は、システムの１つ又は複数の欠陥又は劣化の存在を確認するため、特定の注目の周波数範囲４０４を自動的に解析することを備える。また、説明された例では、クリーニングのために既に存在するシステム構成要素が用いられる。或る例におけるコントローラ１３０はまた、３０２及び３０４において、既知の健全な又は健全と考えられるシステムに対してシステムの特徴付け又は較正を行うために較正又は「ＢＡＳＥＬＩＮＥ」動作を実装する。一例において３０４で、コントローラは、ベースラインインピーダンスプロファイルの極又はゼロを含む１つ又は複数の注目の周波数範囲を識別する。ここで、ベースラインインピーダンスプロファイルは、関連する欠陥のタイプ又は劣化のタイプに対応する。また、上述したように、この特徴付けは、複数の動作電圧において行われて、各動作電圧に対しベースラインプロファイルを確立し、各ベースラインプロファイル１５０に対し１つ又は複数の注目の周波数範囲を識別する。図４及び図５の例において、システムコントローラ１３０は、別個の欠陥又は劣化タイプに対応して第１及び第２の注目の範囲４０４−１及び４０４−２を識別する。この例において、第１の注目の周波数範囲４０４−１はトランスデューサ１０２の脱分極を示し、第２の注目の周波数範囲４０４−２は図２のシステムにおけるレンズ又はレンズカバー２０２とトランスデューサ１０２との間の欠陥結合に関連する。３０４において、更なる欠陥特有の注目の周波数範囲４０４がコントローラ１３０によって決定され得る。この柔軟性により、複数の欠陥タイプの間の別々の解析及び欠陥識別が可能になり、したがって、コントローラ１３０によりホストシステム１４８（図１）に提供され得る高度な診断情報が容易に得られる。この例におけるコントローラ１３０は、欠陥又は劣化と、対応する、レンズクリーニングシステムの構成要素によって構成される機械系における共振の挙動との関係を識別する。

引き続き図３において、コントローラ１３０は、３０６〜３１０において「ＤＥＴＥＣＴ」モードで動作する。３０６において、コントローラ１３０は、注目の周波数範囲４０４の複数の周波数でレンズ２０２を振動させるために駆動信号ＶＤＲＶの周波数Ｆｔを制御する。一例において、コントローラ１３０は、注目の周波数範囲４０４を通して周波数Ｆｔを掃引する。他の例において、コントローラ１３０は、注目の範囲４０４内の複数の別個の周波数Ｆｔでトランスデューサ１０２を動作させる。ここで、連続掃引はあらゆる可能な実装形態の厳密な要件ではない。３０６において、コントローラ１３０は、電流及び電圧フィードバック信号ＩＦＢ及びＶＦＢに従って注目の周波数範囲４０４内の周波数の１つに個々に対応する測定周波数応答値１４２も決定する。上述したように、コントローラ１３０は、３０６において、１つ又は複数の適切な技法（例えば、ＤＦＴ演算、除算演算など）を用いて、２つ以上の動作電圧の各々に対し、対応するインピーダンス掃引プロファイルを決定する。図示した方法３００は複数の動作トランスデューサ電圧におけるベースライン相関及び欠陥／劣化検出を含むが、単一の電圧のみについてこれらの工程が成される他の実装が可能である。

図３の３０８において、コントローラ１３０は、１つ又は複数の注目の周波数範囲４０４に対応する１つ又は複数のインピーダンス掃引プロファイルを、メモリ１５０内の１つ又は複数の対応するベースラインプロファイルの対応するベースライン周波数応答値１５２と比較する。３１０において、コントローラ１３０は、すべての掃引プロファイルが対応するベースラインプロファイルに類似しているかどうかを判定する。３０８及び３１０において、任意の適切な比較技法によって類似又は相違が確立され得る。数学的な技法が、コントローラ１３０によって実装され得る。例えば、或る量の相違が存在するかどうかを判定するため相関機能が評価され得る。この場合、コントローラ１３０は、出力１４６においてＦＡＵＬＴ／ＤＥＧＲＡＤＡＴＩＯＮ信号を提供して、ホストシステム１４８に欠陥又は劣化が検出されたことを警告する。

別の例において、コントローラ１３０は、比較に基いて、差の値の二乗和を演算し、差の値が所定の閾値を超える場合、レンズクリーニングシステムにおける欠陥又は劣化の存在を選択的に判定する。或る例において、異なるプロファイル及び比較には異なる閾値が用いられ得、各注目の周波数範囲に対し及び各動作トランスデューサ電圧に対し、特定の閾値が用いられる。一例において、コントローラ１３０は、測定点におけるベースライン周波数応答値と掃引周波数応答値との間の二乗平均平方根（ＲＭＳ）差を演算し、この値を、対応する閾値と比較する。掃引プロファイルがいずれも対応するベースラインプロファイルに類似するとコントローラ１３０が判定する（３１０においてＹＥＳ）場合、上述したようにプロセス３００は３０６に戻る。

検出モード処理は、システムの正常な動作実装における任意の適切な時間に実装され得る。例えば、レンズクリーニングシステムが、ホストシステム１４８によって確立されるスケジュール、例えば、周期的クリーニングなどに従ってインスタンス化又は開始され得る。一例におけるコントローラ１３０は、実際のクリーニングの前処理である３０６〜３１０において欠陥／劣化検出動作を実装する。システムが動作可能であると判定される場合（例えば、識別又は判定される欠陥又は劣化がない場合）、コントローラ１３０は、肯定判定がなされた（３１０においてＹＥＳ）後、任意の適切なトランスデューサ駆動パラメータ（例えば、電圧、周波数、継続時間など）に従ってレンズクリーニングを実施するようにトランスデューサ１０２を駆動する。このプロセスは、次回、ホストシステム１４８によってレンズクリーニングシステムが作動されるとき、繰り返される。

相違の閾値量が注目の周波数範囲４０４の１つ又は複数においてコントローラ１３０によって決定される（３１０においてＮＯ）場合、プロセス３００は３１２に移行し、３１２において、コントローラ１３０は、システムの欠陥又は劣化が存在すると判定する。或る例において、コントローラ１３０は、図３の３１３において、システム欠陥又は劣化警告を発する（例えば、ホストシステム１４８にＦＡＵＬＴ／ＤＥＧＲＡＤＡＴＩＯＮ信号を提供する）。或る例において、更に、コントローラ１３０は、複数の注目の周波数範囲４０４（例えば、図４及び図５の範囲４０４−１及び４０４−２）を評価する。この場合、コントローラ１３０は、３１４において、相違が欠陥又は劣化の存在を示す注目の周波数範囲４０４の特定の１つに従って欠陥又は劣化のタイプを選択的に識別することによって欠陥／劣化源を区別する。次いで、コントローラ１３０は、３１６において、特殊な相違に従って欠陥タイプを選択的に識別し得る。また、コントローラ１３０は、システムの欠陥又は劣化の検出に応答して、１つ又は複数の矯正又は安全措置を実装し得る。例えば、コントローラ１３０は、欠陥又は劣化した構成要素の修理又は交換中のシステムの更なる動作（例えば、クリーニング）を防ぎ得る。或いは、コントローラ１３０は、特に、僅かな劣化しか検出されない場合には、動作を継続し得る。例えば、レンズクリーニングシステムは、１つ又は複数の車両制御アクチュエータと連携して用いられる車両ベースのカメラシステムの一部とし得、車両が停止するか又は自動制御機能が利用可能でないと運転者が警告を受けるまで、カメラシステムの完全な停止は不必要又は不適切であり得る。この場合、コントローラ１３０は、クリーニング動作が継続されても、ホストシステム１４８に警告を発し得る。１つの可能な実装において、コントローラ１３０は、システム劣化が存在すると判定されるとホストシステム１４８に警告を発し得、次いで、システムが欠陥を含むと判定されるまでレンズクリーニングシステムの動作を継続し得、その後、コントローラ１３０は、システムの更なるクリーニング動作を防止し得る。

図６〜図８は、システム構成要素の欠陥及び／又は劣化を選択的に識別するためのコントローラ１３０の動作を更に図示する例示のグラフを示す。図６のグラフ６００は、健全なレンズクリーニングシステムについての図４及び図５の第１の注目の周波数範囲４０４−１の異なる動作電圧における例示のインピーダンス値応答曲線６０２、６０４、６０６、及び６０８を示す。この例において、注目の範囲４０４−１は、異なるトランスデューサ動作電圧について、２８５ｋＨｚ〜２９８ｋＨｚ近辺のゼロ及び３０５ｋＨｚ〜３１５ｋＨｚ近辺の極を含めて、約２８０ｋＨｚから３２０ｋＨｚまで延在する。例えば、曲線６０２は入力電圧が２０Ｖの健全なクリーニングシステムのインピーダンス値応答を示し、曲線６０４は入力電圧が４０Ｖの健全なクリーニングシステムのインピーダンス値応答を示し、曲線６０６は入力電圧が６０Ｖの健全なクリーニングシステムのインピーダンス値応答を示し、曲線６０８は入力電圧が８０Ｖの健全なレンズクリーニングシステムのインピーダンス値応答を示す。

図７は、トランスデューサ１０２がトランスデューサ脱分極劣化又は欠陥を受けた後の図６に対応するシステムにおけるトランスデューサ動作電圧２０Ｖ、４０Ｖ、及び８０Ｖに対応する例示のインピーダンス値応答曲線７０２、７０４、及び７０８を示すグラフ７００を提供する。図６と同様に、図７のグラフ７００における曲線７０２、７０４、及び７０８は、第１の注目の周波数範囲４０４−１（例えば、２８０〜３２０ｋＨｚ）にわたる、対応するトランスデューサ電圧におけるシステムのインピーダンス値応答を示す。図示された２０Ｖトランスデューサ電圧曲線７０２に関して、欠陥又は劣化のある（例えば、脱分極した）トランスデューサ１０２に起因して極及びゼロの位置がいずれも変化している。この例における曲線７０２は、図６の健全なシステムの極位置ＦＰ１に対して変化量ΔＦＰ１（例えば、約２〜３ｋＨｚ）シフトされた極大値又は極ＦＰ１’を示す。また、図７の２０Ｖ曲線７０２は、健全なシステムのゼロ位置ＦＺ１に対して変化量ΔＦＺ１（例えば、約５ｋＨｚ）シフトされた比較的弱い極小値又はゼロＦＺ１’を示す。また、図６及び図７の対応する２０Ｖ曲線６０２及び７０２は、注目の周波数範囲４０４−１にわたって大きく異なる形状を有する。同じことが、図６及び図７の４０Ｖ曲線６０４及び７０４、並びに比較される８０Ｖ曲線６０８及び７０８について言える。上述したように、ベースラインプロファイル６０２、６０４、６０８に対する掃引周波数応答プロファイル７０２、７０４、７０８の類似又は相違を示す値を提供するために、ＲＭＳ又は二乗和のタイプの解析が、コントローラ１３０によって、対応する曲線対に対して実施され得る。図６及び図７は、用いられ得る周波数シフトベースの類似性比較技法を図示する。この技法において、掃引プロファイルにおいて極小値又は極大値が識別され、周波数変化値ＡＦを決定するため、その対応する周波数が、対応する極小値又は極大値と比較される。値ＡＦの大きさに基づいて、欠陥又は劣化が検出され得る。この欠陥又は劣化は、クリーニングプロセスの間、デバイスを介して過大な電流が駆動されるときキュリー温度を超えるトランスデューサの過熱に起因するものであり得、トランスデューサ圧電材料の劣化につながり得る。この状態は、固定電圧レベルで異なる共振周波数で励起されるトランスデューサに起因するものであり得、この場合、トランスデューサの電気的インピーダンスが注目の共振にわたる一桁分変化し得る。この例において、トランスデューサを励起するために必要とされるレベル（例えば、４０Ｖ及び８０Ｖ曲線７０４及び７０８）まで電圧レベルが上昇するとき、２９０ｋＨｚ近辺のゼロはもはや共振効果を有さない。説明されるシステムは、トランスデューサ１０２の寿命の間、周期的に又は任意の適切な時点でトランスデューサ１０２のインピーダンス応答を監視することを容易にする。この応答が共振周波数がもはや存在しないことを示す場合、コントローラ１３０は、トランスデューサに劣化又は欠陥が生じたと判定し、適切な警告信号又はメッセージがホストシステム１４８に発せられ得る。

図８は、上述の第２の識別される注目の周波数範囲４０４−２に対して実装される更なる例を示すグラフ８００を提供する。この場合、コントローラ１３０は、この注目の周波数範囲４０４−２がレンズクリーニングシステムのレンズ２０２とトランスデューサ１０２との間の結合（例えば、接着）における欠陥又は劣化の検出に関連すると事前に判定している。グラフ８００は、第２の例示の注目の周波数範囲４０４−２（例えば、２０〜３０ｋＨｚ）にわたる所与の動作電圧における健全なシステムのインピーダンス値応答動作を表す第１の曲線８０２を含む。この場合、健全なシステムは、（例えば、２９ｋＨｚよりも僅かに高い）極ＦＰ２、及び約２８ｋＨｚにおける健全なシステムのゼロＦＺ２を示す。図８の第２の曲線８０４は、レンズ２０２とトランスデューサ１０２との間の劣化した又は欠陥のある結合についての、注目の範囲４０４−２にわたる後続のインピーダンス値応答を示す。この場合、極位置は、量ΔＦＰ２だけ変化して新しい位置ＦＰ２’になり、ゼロ位置は、量ΔＦＺ２だけシフトして新しい位置Ｆz２’になっている。一例におけるコントローラ１３０は、曲線８０２、８０４の形状に関連し、及び／又は、１つ又は複数の周波数シフトΔＦＰ２及び／又はΔＦＺ２に従って、相違の値又は量を確認するため、１つ又は複数の数値演算及び数学的な技法を実装する。相違の量は、レンズクリーニングシステムにおける欠陥又は劣化の存在（又はそれらがないこと）を選択的に判定するために初期ベースライン特徴付け及び検出掃引において用いられる所与のトランスデューサ電圧についての対応する閾値と比較される。

特許請求の範囲内で、説明した実施形態における改変が可能であり、他の実施形態が可能である。