CN100395514C - 具有发光功率调节功能的目标探测装置 - Google Patents

Abstract

一种车辆目标探测装置，具有安放在箱体(1)中的光发射单元(2)和光接收单元(5)，用来探测目标或到该目标的距离。当车辆停止时，该装置通过光接收单元来探测从光发射单元(2)发射的激光的输出功率，并且根据所探测到的激光输出功率将激光的输出功率反馈控制到一个预定值。该反馈控制通过一个放大器电路(6b)、一个脉冲宽度探测器电路(6c)和一个电流调节器电路(6a)来实现。因此，当车辆停止时，可降低激光的输出功率以免损伤人眼。

Description

具有发光功率调节功能的目标探测装置

发明领域

本发明涉及一种安装在车辆上的目标探测装置，例如，通过使用一束激光来探测一个目标，如前面的车辆，或者到该目标的距离。

背景技术

安装在汽车上的传统的目标探测装置使用一束激光来探测距一个目标，如前面的车辆，的距离。这类探测装置间歇地驱动一个激光二极管来向车辆的前方区域发射激光束，并且用光致传感器探测由前方目标反射回来的激光。该探测装置，根据光发射时刻和光接收时刻之间的时间差，来测量距前方目标的距离。

具体地，如JP 2002-031685A中所揭示，探测装置包括一个用来发射激光的光发射单元、一个多角镜以及一个用来接收被反射的激光的光接收单元。多角镜呈六棱体形状，并且可以象扫描镜一样旋转。

根据这种结构，多角镜反射由光发射单元发射的激光，并将它直射到车辆的前方区域。由于多角镜是可旋转的，并且来自光发射单元的激光被直射到多角镜的每一个侧面，所以可调节激光在多角镜的反射角，以便用激光来扫描车辆前方区域的预定范围。接收单元包括一个菲涅耳透镜和一个光接收装置，用来接收由前方目标反射的激光并且测量到该目标的距离。

有必要增加激光的输出功率来覆盖较长的距离或较大的区域。并不期望使用加大输出功率值的激光，以便避免人眼接收到激光。

在车辆的制动一运行***中，即，要根据前面车辆的停止和启动来自动地停止和启动车辆的情况下，当车辆停止时要降低激光的输出功率。这是因为当车辆停止时人眼可能更易于接收激光。

由于这个原因，必须精确地控制激光的输出功率。然而，由于激光二极管的电流-功率特性各不相同，做到这一点并不容易。

发明内容

因此，本发明的目的就是要提供一个目标探测装置，该装置能够在输出功率降低时高度精确地控制激光的输出功率。

根据本发明，车辆的目标探测装置具有一个光发射单元和一个光接收单元，其安放在一个箱体中，用来探测一个目标或到该目标的距离。当车辆停止时，该装置通过光接收单元来探测由光发射单元发射的激光的输出功率，并且根据探测到的激光输出功率，将激光的输出功率反馈控制到一个预定的值。该反馈控制最好由一个放大器电路、一个脉冲宽度探测器电路和一个电流调节器电路来实现。因此，当车辆停止时，激光的输出功率被降低到不损伤人眼的程度。

附图简述

通过下文参照附图的详细描述，本发明的上述以及其它目标、特征和优势将会变得更加明显。在附图中：

图1表示根据本发明的一个实施例的目标探测装置的剖视图；

图2表示该实施例中各组成部分装配的平面示意图；

图3表示该实施例中光接收装置的放大输出信号的信号图；以及

图4表示该实施例中使用的激光二极管的电流-功率特性图。

发明详述

参照图1和图2，目标探测装置包括一个呈长方体形状的箱体1以及容纳在箱体1中的各种组成部分。该装置被安装在车辆上用作激光雷达。将该装置置于适当的位置，以向车辆的前方发射激光，如图1中的向右的方向和图2中的向上的方向，从而探测距离前方目标的距离，如该目标为在自动巡航(auto cruise)控制过程中的前方车辆。

箱体1包括一个第一箱体1a和一个第二箱体1b。第一箱体1a呈盒状，从它的一面(图1中的底面)打开。第一箱体1a之中容纳各种组成部分。第一箱体1a有彼此倾斜排列的一个光发射窗1c和一个光接收窗1d。窗1c和窗1d可由透光树脂，如玻璃和丙烯酸树脂制成。

第二箱体1b由一个板状树脂制成。箱体1a和1b之间用密封件1e彼此固定。第二箱体1b有一个由树脂制成的电气连接器1f。该连接器1f的一部分从第二箱体1b中凸出来，以连接箱体1内部和外部提供的电气部分(未表示)。

箱体1(1a和1b)容纳一个光发射单元2、一个反射镜3、一个多角镜4和一个电子电路板6。电路板6包括一个连接到光发射单元2的电子控制电路、一个光接收单元5等等，用来探测前方目标并测量到前方目标的距离。光接收单元5置于箱体1内，朝向光接收窗1d，并包括一个菲涅耳透镜5a和一个光接收装置5b。

光发射单元2由电路板6上配备的控制电路驱动，并向反射镜3发射激光。光发射单元2可以包括一个激光二极管，用来以脉冲形式发射激光。

反射镜3反射由发射单元2发射的激光并将其直射到多角镜4上。通过一个固定在箱体1内壁的支撑部分7，将反射镜3可摆动地安装到箱体1上。例如，反射镜3可由一个马达(未表示)驱动并由电路板6的电路控制以调节反射方向。

反射镜3根据它的倾斜角度向多角镜4或箱体1的内壁反射激光，该倾斜角在车辆行驶状态和停止状态之间改变。

多角镜4呈六棱体形状，并由箱体1支撑。多角镜4可以关于六棱体的轴线旋转。该镜子4也由一个马达(未表示)驱动，该马达由电路板6的控制电路控制。多角镜4在它的整个***都具有反射镜面，每个反射镜面用作一个扫描反射镜。

特别地，多角镜4对由发射单元2发射并由反射镜3反射的激光进行反射，并通过发射窗1c将激光直射到车辆的前方区域。随着多角镜4的旋转，多角镜4的侧面角度发生改变。由此，改变了激光的射出角度，从而可扫描预定的车辆的前方区域。

光接收单元5包括菲涅耳透镜5a和光接收装置5b，如光电二极管。菲涅耳透镜5a收集由前方目标反射并通过窗1d接收的激光。光接收装置5b接收由前方目标反射并通过窗1d接收的激光，或者由箱体内壁表面反射的激光。该光接收装置产生随着所接收光的强度不同而改变的输出电压或输出电流。该输出电压或电流被施加到电路板6的控制电路上。

光接收单元5被放置在多角镜4的一边，即它在横向上远离多角镜4的旋转轴。电路板上安装了各种电子电路，如电流调节器电路6a、放大器电路6b、脉冲宽度探测器电路6c等等。将光接收装置5b的输出信号提供给电路板上配备的放大器电路6b。

电流调节器电路6a向光发射装置2提供一个脉冲形电流，以便从光发射装置2发射激光。电流调节器电路6a还会改变脉冲形电流的大小，从而调节激光的输出功率。具体地，电流调节器电路6a，根据脉冲宽度探测器电路6c的探测结果，来改变电流的大小。

放大器电路6b将光接收装置5b的输出信号放大，并将放大的输出信号提供给脉冲宽度探测器电路6c。还将该放大的信号施加到目标探测器电路上，该电路根据激光的发射时间点和接收时间点之差来测量到目标的距离，如该目标为前方车辆。

脉冲宽度探测器电路6c探测放大的输出信号的脉冲宽度(信号持续时间)T。如图3所示，脉冲宽度T随着放大的输出信号的幅度的增加而变化为T1、T2、T3等等。光接收装置5b的输出信号的幅度随着所接收激光强度的增加而增加。因此，放大的输出信号和探测到的脉冲宽度T随着所接收激光强度的增加而增加。

然而，由于放大器电路的动态范围是有限的，当放大的输出信号达到特定值时，如图3中虚线所示的放大的输出信号的较大幅度将在该值处达到饱和。因此，当接收的激光强度超过该特定值时，将无法检测接收的激光强度

然而，即使当放大的输出信号的幅度达到饱和时，放大的输出信号的宽度仍会随着所接收激光的强度而改变。即，脉冲宽度T随着放大的输出信号的峰值的增加而增大。因此，脉冲宽度表示了所接收激光的强度，并被用来调节光发射装置2所发射的激光的强度或输出功率。具体地，当探测到的脉冲宽度减小，也就是说，所接收的激光强度减小时，电流调节器电路6a会增大提供到光发射装置2的电流。

当车辆的车厢内的自动巡航控制开关打开时，上述目标探测装置就可以运转了。

具体地，在车辆行驶期间，反射镜3被马达驱动到一个预定的角度，该角度被设置用来探测一个目标。光发射单元2以预定的时间点ta发射激光，反射镜3和多角镜4反射所发射的激光，以使激光穿过发射窗1c从车辆中直射到前方，如图2中的方向A所示。

当该激光被一个目标反射时，如该目标为前方行驶的车辆，则反射的激光通过光接收窗1d进入箱体1，如图2中的方向B所示。该反射激光被菲涅耳透镜5a会聚，并由光接收装置5b接收。

光接收装置5b，产生与所接收的激光强度相对应的输出信号，放大器电流6b放大该输出信号。因此，不仅能根据该放大的输出信号探测到车辆前方存在目标，而且，利用光传播速度(V)，根据激光发射时间点和激光接收时间点之间的时间差(Td)，按照d＝V×Td/2可计算出到目标的距离(d)。

如此计算出的距离可以通过连接器1f被提供到引擎控制ECU或制动控制ECU(未表示)，由此，可以自动调节车辆引擎或车辆制动装置，以保持距前方车辆的所需距离。

在车辆停止期间，所发射激光的输出功率应当被降低到小于车辆行驶期间所发射的功率。此时，反射镜3同样地被马达驱动到与车辆行驶状态时所设置角度相同的预定角度上。

在这种情况下，在时间点tc，光发射单元2发射激光，此时激光被镜子3和4反射和直射到内壁表面或菲涅耳透镜5a，如图2的方向C所示。激光沿方向D反射，并由光接收装置5b所接收，该接收装置相应地产生输出信号，表示所发射激光的强度。利用该输出信号，电流调节器电路6a、放大器电路6b以及脉冲宽度探测器6c，通过对与所探测到的激光强度相对应的电流执行上述反馈控制，共同将激光的输出功率调节到一个期望的值。

如图4所示，激光二极管通常对电流(I)具有不同的输出功率(L)，例如，相对于TYP(典型或常规输出功率)来说，有MAX(最大输出功率)和MIN(最小输出功率)。即使电流被设定到一个预定值Ityp，即，根据典型的激光二极管的TYP，它将提供期望的输出功率值Ltyp，然而，其它激光二极管的MAX和MIN输出功率将会大大偏离该输出功率期望值的允许的动态范围ΔL。这个问题也可以通过上述的反馈控制来解决。

应当注意，激光的输出功率的期望值应当设定为一个值，该值对人眼不产生任何伤害，同时又能探测某一特定距离处的目标。另外，在车辆行驶状态下，上述激光输出功率值反馈控制可能无法实行，或者期望的激光输出功率值可能被设定到一个较高的值，以使目标和/或距离探测能够覆盖足够宽的范围。

在上述实施例中，可以通过响应光接收装置5b产生的输出信号的大小，而不是响应由脉冲宽度探测器电路探测的脉冲宽度，来实现激光输出功率值的反馈控制。在这种情况下，脉冲宽度探测器电路6c可以被替换为一个峰值探测器电路，并且最好设定放大器电路6b的增益，以便放大的输出信号不至于达到深度饱和。

在上述实施例中，对各个组成部分之间的位置关系，如光接收单元5和多角镜4之间的倾斜关系，并不加以限制。

仅仅使用一个光接收装置5b，就可以实现车辆行驶期间的目标/距离探测，以及车辆停止状态下的激光输出功率探测，这有利于简化装置和降低成本。然而，除了光接收装置5之外，可以额外提供另一个光接收装置来探测所发射激光的输出功率，从而调节激光输出功率。当激光发射到光发射窗1c之外的方向时，可以设置该光接收装置，以使其直接或间接地接收所发射的激光。

本发明不应局限于所揭示的实施例，而是可以在其它许多方面进行变化。

Claims (7)

1.一个用来探测目标的目标探测装置，该装置包括：

一个箱体(1)，该箱体(1)具有一个光发射窗(1c)和一个光接收窗(1d)；

一个光发射单元(2)，安放在该箱体(1)内，用来通过该光发射窗(1c)发射激光；以及

一个光接收单元(5)，安放在该箱体内，用来接收被目标反射并通过该光接收窗(1d)射入的激光，

其特征在于：

控制装置(6a、6b、6c)，该装置用来探测从该光发射单元(2)发射的光的输出功率，并且根据所探测到的激光输出功率，将该激光的输出功率反馈控制到一个预定值；

其中，所述光接收单元(5)的输出信号被用于在车辆停止时反馈控制所述光发射单元(2)的输出功率，以及在车辆运行时被用于探测所述目标。

2.如权利要求1所述的目标探测装置，其中，所述控制装置(6a、6b、6c)包括：

一个放大器电路(6b)，用来放大所述光接收单元(5)的输出信号；和

一个电流调节器电路(6a)，用来根据放大的输出信号调节提供到所述光发射单元(2)的电流。

3.如权利要求2所述的目标探测装置，其中，控制装置(6a、6b、6c)还包括：

一个脉冲宽度探测器电路(6c)，用来探测与所述放大的输出信号相应的脉冲信号的脉冲宽度，

其中，所述电流调节器电路(6a)根据探测到的脉冲信号的脉冲宽度来调节所述电流。

4.如权利要求2所述的目标探测装置，其中，所述电流调节器电路(6a)根据所述放大的输出信号的峰值大小来调节所述电流。

5.如权利要求1到4中任意一项所述的目标探测装置，还包括：

镜子装置(3、4)，可移动地安放在所述箱体(1)中，用来改变从所述光发射单元(2)发射的激光的反射角，当车辆处于停止状态时，驱动该镜子装置(3、4)，以在所述箱体(1)内反射激光，这些被反射的激光不通过所述光发射窗(1c)而发射，并且也不通过所述光接收窗(1d)而由所述光接收单元(5)接收。

6.如权利要求5所述的目标探测装置，其中，所述控制装置(6a、6b、6c)根据所述光接收单元(5)的输出信号来探测从所述光发射单元(2)发射的激光的输出功率，当车辆处于停止状态时，该输出信号表示所发射的激光的输出功率。

7.一个用来探测目标的目标探测装置，该装置包括：

一个箱体(1)，该箱体(1)具有一个光发射窗(1c)和一个光接收窗(1d)；

一个光发射单元(2)，安放在该箱体(1)内，用来通过该光发射窗(1c)发射激光；以及

一个光接收单元(5)，安放在该箱体内，用来接收被目标反射并通过该光接收窗(1d)射入的激光，

其特征在于：

控制装置(6a、6b、6c)，该装置用来探测从该光发射单元(2)发射的光的输出功率，并且根据所探测到的激光输出功率，将该激光的输出功率反馈控制到一个预定值；

镜子装置(3、4)，可移动地安放在所述箱体(1)中，用来改变从所述光发射单元(2)发射的激光的反射角，当车辆处于停止状态时，驱动该镜子装置(3、4)，以在所述箱体(1)内反射激光，这些被反射的激光不通过所述光发射窗(1c)而发射，并且也不通过所述光接收窗(1d)而由所述光接收单元(5)接收。

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