CN1657870A - 具有亲水性光发射窗口的物体探测装置 - Google Patents

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Abstract

一种物体探测装置包括壳体(1)、光发射单元(2)和光接收单元(6)。壳体具有光发射窗口(1c)和光接收窗口(1d)。光发射窗口在其最外表面上具有亲水层(1cc)。亲水层将保留在光发射窗口上的水滴限制为不会起聚光透镜的作用，因此光就不被水滴散射地向外发射。特别地，光发射窗口还具有位于最内侧的玻璃衬底(1ca)以及介于玻璃衬底和亲水层之间的光催化剂层(1cb)。亲水层由二氧化硅制成。

Description

具有亲水性光发射窗口的物体探测装置
技术领域
本发明涉及安装在车辆上的物体探测装置，例如，用于利用激光探测例如前面车辆的物体或距该物体的距离。
背景技术
安装在车辆上的常规物体探测装置使用了激光，例如，用于探测物体(例如前面车辆)或距该物体的距离。这种探测装置间歇地驱动激光二极管朝着车辆的前方区域发射激光，并且由一个光学传感器探测从前方障碍物反射的光。探测装置基于光发射时间和光接收时间之间的时间差测量距前方障碍物的距离。
特别地，如同JP 2002-031685A所公开的，探测装置包括用于发射激光的光发射单元、多角镜和用于接收反射光的光接收器。多角镜形成为六棱锥截锥体并且可作为扫描镜而转动。根据这种构造，多角镜反射从光发射单元发射的激光并且将其朝着车辆前方区域导向。
由于多角镜被转动并且来自光发射单元的激光被导向至多角镜的每个侧面，因此激光在多角镜处的反射角被调整以便用激光扫描车辆前方区域的预定范围。接收器单元包括菲涅耳(Fresnel)透镜和用于接收从前方物体反射的激光并且测量距该物体距离的光接收元件。
包括上述部件的装置的不同组成部件容纳在闭合壳体中以使得扫描机构、光学设备和电子电路免受水雾或外部物体(例如灰尘)的影响。
为了让激光穿过壳体，壳体形成为具有一个用于将激光发射出去以照射到物体上的光发射窗口以及一个用于接收被物体反射回来的激光的光接收窗口。这些窗口由透光材料制成，并且安装在壳体上的相应开口中。
光发射窗口由具有高度斥水性的材料(例如玻璃)制成。因此，如图5A和5B所示，水滴在窗口的表面上就会变成球形。水滴就会起透镜的作用并且由多角镜反射的激光在被发射到壳体外面时就会被不利地散射。
如图6所示，和干燥环境相比，在潮湿环境中这种装置的物体探测范围扩大，其中水滴仍然保留在光发射窗口的外表面上。因此，这种装置就会将车辆前方存在的物体探测为更大的物体。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种物体探测装置，即使有水附着于光发射窗口表面上其也能准确地探测物体或者距物体的距离。
根据本发明，一种物体探测装置包括壳体，光发射单元和光接收单元。壳体具有光发射窗口和光接收窗口。光发射窗口在其最外表面上具有亲水层。亲水层将保留在光发射窗口上的水滴限制为不会起聚光透镜的作用，因此光就不被水滴散射地向外发射。
优选地，光发射窗口还具有位于最内侧的玻璃衬底以及介于玻璃衬底和亲水层之间的光催化剂层。亲水层由二氧化硅制成。
附图说明
从下述参考附图的详细说明中，本发明的上述和其它目标、特点和优点将会更加清楚。在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的物体探测装置的透视图；
图2是图1所示装置的光发射窗口的截面图；和
图3A和3B是当水附着于窗口表面时光发射窗口的平面图和侧视图；
图4是图1所示装置所提供的物体探测范围的示意图；
图5A和5B是当水附着于常规装置的窗口表面时光发射窗口的平面图和侧视图；
图6是常规装置所提供的物体探测范围的示意图；
具体实施方式
首先参考图1，物体探测装置包括形成为长方体的壳体1以及容纳在壳体1中的各种组成部件。该装置安装在车辆上用作激光雷达。该装置布置为在车辆的向前方向(图1中向右方向)上发射激光以便在自动导航控制条件下探测距一个前方物体(例如前方车辆)的距离。
壳体1包括第一壳体1a和第二壳体1b。第一壳体1a为箱形并且在一侧(图1中左侧)开口。第一壳体1a中容纳各种组成部件。第一壳体1a具有一个由PPS树脂制成的树脂壁部件并且形成一个外壳。第一壳体1a在前侧树脂部件上具有分别布置在下部和上部的光发射窗口1c和光接收窗口1d。窗口1c和1d包括透光板(例如玻璃和丙稀酸树脂)。
如图2所示，光发射窗口1c(还有光接收窗口1d)由玻璃衬底1ca、形成于玻璃衬底1ca之上的光催化剂层1cb以及具有高度可湿性并且形成于催化剂层1cb之上的亲水层1cc所形成。光催化剂层1cb可由二氧化钛(TiO2)制成，亲水层1cc可由二氧化硅(SiO2)制成。
光发射窗口1c如此地连接至壳体1a以使得亲水层1cc暴露在外面。因而，光催化剂层1cb暴露于外面环境的表面被亲水层1cc所覆盖，此时获得了光催化剂层1cb的光催化功能。
如图3A和3B所示，当由于下雨等原因水滴附着至亲水层1cc的外表面时，由于亲水层1cc的高度可湿性，水滴很容易地在亲水层1cc的外表面上扩展。因此，激光就会更不易于散射并且不会形成聚光作用。
第二壳体1b由树脂制成并且被连接以关闭第一壳体1a的开口。在壳体1中，如此地提供一个电连接器(未示出)以使得其从壳体1部分地伸出。这个连接器将设在壳体1内部和外部的电部件(未示出)连接起来。
壳体1在下部容纳光发射单元2、反射镜3、多角镜4和电路板5。电路板5包括一个电控电路，其连接至光发射单元2、光接收单元6等以测量距前方物体的距离。光接收单元6位于壳体1内部的上部以面对光接收窗口1d并且包括菲涅耳透镜6a和光接收元件6b。
光发射单元2由设在电路板5上的控制电路驱动并且朝着反射镜3发射激光。光发射单元2可包括以脉冲形式发射激光的激光二极管。
反射镜3反射从发射单元2发射的激光并将其导向至多角镜4。反射镜3由固定至壳体1内壁的支撑件7可摆动地支撑至内壳体1c。例如，反射镜3可由一个马达(未示出)驱动并由电路板5的电子电路所控制以调整反射方向。
多角镜4形成为截锥体六角棱镜并且由壳体1支撑。镜4可绕着六角棱镜的轴线转动。这个镜4也由一个被电路板5的控制电路所控制的马达(未示出)所驱动。多角镜4在其周边上具有镜面，每个镜面用作一个扫描反射镜。
特别地，多角镜4反射从发射单元2发射并被反射镜3反射的激光，并且将激光穿过发射窗口1c朝着车辆前方区域导向。随着多角镜4的转动，多角镜4的侧面角度发生变化。因此，就改变了激光投射的角度以扫描预定的车辆前方区域。
菲涅耳透镜6a位于光接收元件6b之下。菲涅耳透镜6a会聚从前方物体反射回来并且通过窗口1d接收的激光。光接收元件6b接收会聚光并且产生随着接收光的强度而变化的输出电压或输出电流。输出电压或电流应用于电路板5的控制电路。
如上构造的物体探测装置以下述方式运行，假定其安装在车辆上并且自动导航控制***开关被打开。下述操作几乎都是由电路板5的控制电路所控制。
反射镜3首先被马达驱动至预定的角度位置。光发射单元2以预定间隔发射激光。激光被反射镜3和多角镜4所反射以便如图2中箭头所示通过发射窗口1c朝着车辆前方区域导向。当激光被一个物体(例如前方车辆)发射时，发射的光经过光线通过光接收窗口1d进行光接收单元6。
在光接收单元6，反射的光由菲涅耳透镜6a会聚并由光接收元件6b接收。光接收元件根据会聚光的接收产生输出信号。基于这个输出信号，控制电路通过利用激光传播速度V以及发射单元2的激光发射与光接收单元6的激光接收之间的时间差T计算出距离前方物体的距离L：L＝V×T/2。
计算出的距离通过连接器1h被输出到各种设备(例如设在壳体1外面的发动机控制ECU和刹车控制ECU)。因此，这些ECU可以控制发动机和/或刹车以便与该物体保持预定的距离。
根据上述实施例，亲水层1cc设在光发射窗口1d的最外表面上。即使当水滴(例如雨滴)粘在光发射窗口1d上，水滴也很少起聚光透镜的作用。因而，即使激光穿过水滴，其也不会散射得太厉害。
因此，如图4所示，和图6所示的常规情况相比，在光发射窗口1c处于干燥环境和潮湿环境之间，物体探测范围区别很小。因而，这种装置极少会将前方物体错误地探测为更大或者错误地探测距该物体的距离。
本发明不应当限于所公开的实施例，而应当是在不偏离本发明主旨之下可以以很多其它方式实施。

Claims (3)

1.一种用于探测物体的物体探测装置，该装置包括：
壳体(1)，其具有光发射窗口(1c)和光接收窗口(1d)，这些窗口由透光材料制成；
光发射单元(2)，其置于壳体中用于通过光发射窗口朝着壳体的外面发射光；和
光接收单元(6)，其置于壳体中用于通过光接收窗口接收被物体反射的光，
其特征在于
光发射窗口(1c)在其暴露于壳体外面的外表面上具有亲水层(1cc)。
2.如权利要求1所述的物体探测装置，其中该亲水层(1cc)由二氧化硅制成。
3.如权利要求2所述的物体探测装置，其中该光发射窗口(1c)具有玻璃衬底(1ca)、介于该玻璃衬底和该亲水层(1cc)之间的光催化剂层(1cb)。
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