자율 주행의 발전으로 차량, 드론, 로봇 등에 카메라와 센서의 수를 증가시켜 순수하게 전기적으로 구동되는 방식은 모든 것을 깨끗하게 유지하는 데 도움을 줄 수 있다.
만약 개가 몸의 물을 털어내는 것을 본 적이 있다면, 세계 최초의 맞춤형 초음파 렌즈 세정 칩셋에 영감을 준 "4족 물리학"을 목격한 것이다.
개가 본능적으로 몸을 흔들어 깨끗하게 만드는 것과 같은 방식으로 초음파 렌즈 세정 기술은 정밀하게 제어된 진동을 이용해 카메라 렌즈가 더러워지거나 젖었을 때 자동으로 세정한다. 우리의 삶이 점점 더 자동화됨에 따라, 더 많은 카메라와 센서가 자동차, 로봇, 공장 등에 추가되고 있다. 오염 물질과 습기는 카메라 시야를 방해하고 실시간 의사 결정을 방해할 수 있기 때문에 세정 기능의 중요성이 점점 더 높아지고 있다.
우리 회사의 응용 연구소인 Kilby Labs의 엔지니어인 데이브 매기(Dave Magee)는 "2015년 여름쯤 자율 주행이 상용화되기 시작했고, 곧 자동차 1대에 평균 10-15대의 카메라를 갖게 될 것이라는 예측이 있었다"고 말했다. “이 상황은 매우 실용적인 질문을 제기한다. 차량의 모든 카메라가 어떻게 깨끗한 상태로 유지할 수 있을까?”라고 덧붙였다.
물 또는 압축 공기 분무기와 같은 기존의 세정 솔루션은 차량 주변의 모든 렌즈에 물과 공기 라인을 연결해야 할 때 설치하고 유지하기가 점점 더 복잡해 진다. 데이브는 초음파 진동 기술로 카메라 렌즈를 깨끗하게 유지하기 위한 방법이 있을지 연구하기 시작했다.
“초음파 렌즈 세정 프로젝트에서 일하는 오디오 사업부 제품 마케팅 엔지니어인 아비 야사르(Avi Yashar)는 압전 트랜스듀서라고 불리는 전기 기계 부품을 사용함으로써 사람의 눈에 보이지 않는 작은 진동을 만들 수 있다."며, “렌즈는 진동하는 고유 주파수를 가지며, 특히 그 주파수에 초음파 진동을 가함으로써 유리가 미세한 수준으로 흔들리면서 표면에 있는 물이나 먼지와 같은 눈에 보이는 오염 물질을 제거한다.”고 말했다.
털어내기
이 현상을 활용한 초음파 렌즈 세정 기술을 개발하려면 렌즈 진동과 변환기 진동을 조정하기 위해 데이브가 설명하는 "정말 복잡한 물리적 문제"를 극복해야 했다. 그러나 Kilby Labs에서 연구 및 테스트를 통해 유리를 깨지 않고 이러한 진동을 안전하고 안정적으로 제어할 수 있는 방법을 발견했을 뿐만 아니라 오디오 사업부의 엔지니어들과 협업하여 제어 및 모니터링 시스템을 세계 최초의 특수 제작 초음파 렌즈 세정 칩셋에 통합하기 시작했다.
오디오 사업부의 시스템 엔지니어인 켈리 그리핀(Kelly Griffin)은 "알고리즘과 우리가 초음파 시스템을 전기적으로 구동하는 방법은 매우 독특하다."며, "다른 솔루션에는 여러 개의 칩과 별도의 마이크로 컨트롤러를 필요로 한다. 대신에, TI는 5칩 솔루션이었던 것을 2칩 솔루션으로 축소하여 설계자들에게 초음파 렌즈 세정을 시스템에 통합할 수 있는 작고 저렴한 방법을 제공했다.”
TI의 초음파 렌즈 세정 칩셋은 여러 시스템을 통합하여 렌즈에 장애물이 있을 경우 자동으로 감지하여 세정 주기를 활성화고 오염 물질을 제거함으로써 사람의 개입과 유지보수의 필요성을 줄여준다. 칩셋은 다양한 유형의 렌즈에 대해 보정할 수 있으며, 세정 시스템을 모니터링하여 오작동을 감지할 수 있다. 물과 먼지를 털어내는 것 외에도, 빠른 속도로 진동을 일으켜 열을 발생시키고, 얼음을 녹일 수 있다.
이 모든 기능은 한 쌍의 와이어를 통해 관리되며, 칩셋은 할당된 카메라 공간과 카메라를 위해 이미 배치된 전원 및 데이터 라인의 피기백에 적합하다.
자가 세정 카메라
초음파 렌즈 세정 칩셋은 수동으로 렌즈를 세정하기 위해 작업을 중지할 수 없는 애플리케이션에서 실제로 효율성을 높인다.
자율 주행 시스템 외에도 자동화된 생산 라인, 의료 영상 장치 또는 배달 드론(카메라 렌즈 또는 센서가 있는 모든 것)이 애플리케이션에 포함될 수 있다.
켈리는 "렌즈를 세정해야 할 때마다 공장의 기계를 활용하는 대신, 이 렌즈가 주기적으로 스스로 세정하는 시스템을 가질 수 있다."고 말했다. “아니면 비행 중에 배달 드론이 스스로 렌즈를 세정할 수도 있다. 이 기능은 비가 오는 날씨에도 애플리케이션을 작동할 수 있도록 해 상당한 이점을 제공할 것으로 보인다.”
Kilby Labs는 이 기술을 몇 인치 너비의 LIDAR 시스템의 더 큰 유리를 세정하는 것으로 확장하는 것과 같은 다음 단계로 나아갈 예정이다.
Kilby Labs의 팀원들은 초음파 렌즈 세정을 위한 향후 응용 분야를 예측할 때, 고객이 요구사항에 기반한 모든 새로운 아이디어를 확인할 때 가장 흥미를 느낀다고 전했다.
아비 엔지니어는 "초음파 렌즈 세정은 모든 산업 분야에서 사용될 수 있다.” 며, " 만약 20년 후에 여러분이 후면 카메라의 뷰 확보를 위해 세정하려고 차에서 내리곤 했다고 누군가에게 말한다면, 그들은 웃기만 할 것이다. 왜냐하면 그 시대의 카메라는 자가 세정 능력을 갖추고 있을 것이기 때문이다."고 말했다.
