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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine an einem Fahrzeug angebrachte
Objekterfassungsvorrichtung zum Beispiel zur Erfassung eines Objektes wie
zum Beispiel einem vorhergehenden Fahrzeug oder einem Abstand zu
einem derartigen Objekt unter Verwendung von Laserlicht.
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Eine
herkömmliche
an einem Fahrzeug angebrachte Objekterfassungsvorrichtung verwendet zum
Beispiel Laserlicht zur Erfassung eines Objektes wie zum Beispiel
einem vorhergehenden Fahrzeug oder einem Abstand zu einem derartigen
Objekt. Diese Erfassungsvorrichtung treibt intermittierend eine Laserdiode
an, um das Laserlicht in Richtung des Vorwärtsbereiches des Fahrzeugs
zu strahlen, und erfasst das von dem Hindernis in Vorwärtsrichtung reflektierte
Licht durch einen Photosensor. Die Erfassungsvorrichtung misst den
Abstand zum Hindernis in Vorwärtsrichtung
auf der Grundlage eines Zeitunterschiedes zwischen einem Lichtausstrahlungszeitpunkt
und einem Lichtempfangszeitpunkt.
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Insbesondere
weist die Erfassungsvorrichtung wie sie in der JP 2002-031685 A
beschrieben ist eine Lichtstrahlungseinheit zur Strahlung bzw. zum Senden
von Laserlicht, einen Polygonspiegel und eine Lichtempfangseinheit
zum Empfangen reflektierten Lichts auf. Der Polygonspiegel als Stumpf
einer hexagonalen Pyramide gestaltet und als ein Abtastspiegel drehbar.
Gemäß diesem
Aufbau reflektiert der Polygonspiegel das Laserlicht, das von der Lichtstrahlungseinheit
abgestrahlt wird, und richtet dieses auf den Vorwärtsbereich
des Fahrzeugs.
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Der
Polygonspiegel wird gedreht, und das Laserlicht von der Lichtstrahlungseinheit
wird auf eine jeweilige Seitenoberfläche des Polygonspiegels gerichtet,
so dass der Winkel der Reflektion des Laserlichtes am Polygonspiegel
eingestellt wird, um einen vorbestimmten Bereich des Vorwärtsbereiches des
Fahrzeugs durch das Laserlicht abzutasten. Die Empfangseinheit enthält eine
Fresnel-Linse und ein Lichtempfangselement, um das Laserlicht, das
von dem in Vorwärtsrichtung
vorhandenen Objekt reflektiert wird, zu empfangen, und den Abstand
zum Objekt zu messen.
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Verschiedene
Bestandteile der Vorrichtung einschließlich der obigen Teile sind
innerhalb eines geschlossenen Gehäuses untergebracht, so dass
ein Abtastmechanismus, optische Vorrichtungen und elektronische
Schaltungen gegen das Einfrieren von Wasser oder gegen Fremdmaterialien
wie zum Beispiel Staub geschützt
sind.
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Zur
Durchleitung des Laserlichtes durch das Gehäuse ist das Gehäuse mit
einem Lichtstrahlungsfenster zur Strahlung des Laserlichtes nach
Außen zum
Objekt und einem Lichtempfangsfenster zum Empfangen des von dem
Objekt reflektierten Laserlichtes ausgebildet. Diese Fenster bestehen
aus einem lichtdurchlässigen
Material und sind in jeweilige Öffnungen,
die in dem Gehäuse
vorgesehen sind, eingepasst.
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Das
Lichtstrahlungsfenster besteht aus einem Material mit einer hohen
Wasserabweisungsfähigkeit
wie zum Beispiel Glas. Daher werden Wassertropfen auf der Oberfläche des
Fensters kugelförmig,
wie es in den 5A und 5B gezeigt ist. Die Wassertröpfchen wirken
als Linsen, und das Laserlicht, das von dem Polygonspiegel reflektiert
wird, wird unerwünscht
gestreut, wenn es zur Gehäuseaußenseite
gestrahlt wird.
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Wie
es in 6 gezeigt ist,
wird der Objekterfassungsbereich der Vorrichtung unter der nassen
Bedingung ausgeweitet, wobei die Wassertröpfchen danach auf der Außenoberfläche des
Lichtstrahlungsfensters verbleiben, wenn es trocken ist. Demzufolge
neigt die Vorrichtung dazu, ein Objekt, das vor einem Fahrzeug vorhanden
ist, fehlerhafterweise als ein breiteres Objekt zu erfassen, als
es ist.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Objekterfassungsvorrichtung
anzugeben, die ein Objekt oder einen Abstand zu einem Objekt sogar
dann genau erfasst, wenn Wasser an einer Lichtstrahlungsfensteroberfläche haftet.
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Die
Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
sind auf bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung gerichtet.
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Erfindungsgemäß weist
eine Objekterfassungsvorrichtung ein Gehäuse, eine Lichtstrahlungseinheit
und eine Lichtempfangseinheit auf. Das Gehäuse besitzt ein Lichtstrahlungsfenster
und ein Lichtempfangsfenster. Das Lichtstrahlungsfenster besitzt
auf seiner äußersten
Oberfläche
eine hydrophile Schicht. Die hydrophile Schicht beschränkt die Wirkung
der Wassertröpfchen,
die auf dem Lichtstrahlungsfenster verbleiben, als Lichtsammellinsen, so
dass das Licht nach Außen
gestrahlt wird, ohne durch die Wassertröpfchen gestreut zu werden.
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Vorzugsweise
besitzt das Lichtstrahlungsfenster außerdem an einer innersten Seite
ein Glassubstrat und eine Photokatalysatorschicht zwischen dem Glassubstrat
und der hydrophilen Schicht. Die hydrophile Schicht besteht aus
Siliziumdioxiden.
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Die
obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung
mit Bezug auf die zugehörigen
Zeichnungen verdeutlicht. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Objekterfassungsvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
Schnittansicht eines Lichtstrahlungsfensters der Vorrichtung der 1,
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3A und 3B eine
Draufsicht und eine Seitenansicht des Lichtstrahlungsfensters, wenn Wasser
an einer Fensteroberfläche
haftet,
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4 eine
schematische Ansicht eines Objekterfassungsbereiches, der durch
die Vorrichtung der 1 geschaffen wird,
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5A und 5B eine
Draufsicht und eine Seitenansicht des Lichtstrahlungsfensters, wenn Wasser
an einer Fensteroberfläche
einer herkömmlichen
Vorrichtung haftet, und
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6 eine
schematische Ansicht eines Objekterfassungsbereiches, der durch
die herkömmliche
Vorrichtung geschaffen wird.
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In 1 enthält eine
Objekterfassungsvorrichtung ein Gehäuse 1, das als Quader
ausgebildet ist, und verschiedene Bestandteile, die in dem Gehäuse 1 untergebracht
sind. Die Vorrichtung ist an einem Fahrzeug angebracht, um als Laserradar
verwendet zu werden. Die Vorrichtung ist so positioniert, dass sie
ein Laserlicht in Vorwärtsrichtung
des Fahrzeugs (rechte Richtung in 1) aus strahlt,
um einen Abstand zu einem Objekt in Vorwärtsrichtung, wie zum Beispiel
einem vorhergehenden Fahrzeug während
einer automatischen Geschwindigkeitsregelung zu erfassen.
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Das
Gehäuse 1 enthält ein erstes
Gehäuse 1a und
ein zweites Gehäuse 1b.
Das erste Gehäuse 1a ist
boxenförmig
und an seiner einen Seite (linke Seite in 1) geöffnet. In
dem ersten Gehäuse 1a sind
verschiedene Bestandteile untergebracht. Das erste Gehäuse 1a besitzt
einen Harzwandteil aus einem PPS-Harz und bildet einen Behälter aus.
Das erste Gehäuse 1a besitzt
ein Lichtstrahlungsfenster 1c und ein Lichtempfangsfenster 1d,
die an den unteren und oberen Abschnitten des vorderseitigen Harzteiles
angeordnet sind. Die Fenster 1c und 1d enthalten
eine lichtdurchlässige
Platte aus zum Beispiel Glas oder Acrylharz.
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Wie
es in 2 gezeigt ist, besteht das Lichtstrahlungsfenster 1c (auch
das Lichtempfangsfenster 1d) aus einem Glassubstrat 1ca,
einer Photokatalysatorschicht 1cb, die auf der Oberfläche des Glassubstrats
1ca ausgebildet ist, und eine hydrophile Schicht 1cc mit
einer hohen Benetzbarkeit, die auf der Oberfläche der Katalysatorschicht 1cb ausgebildet
ist. Die Photokatalysatorschicht 1cb kann aus Titandioxiden
(TiO2) bestehen, und die hydrophile Schicht 1cc kann aus
Siliziumdioxiden (SiO2) bestehen.
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Das
Lichtstrahlungsfenster 1c ist am Gehäuse 1a derart angebracht,
dass die hydrophile Schicht 1cc zur Außenseite hin freigelegt ist.
Somit ist diejenige Oberfläche
der Photokatalysatorschicht 1cb, die zur Außenumgebung
hin freigelegt ist, mit der hydrophilen Schicht 1cc bedeckt,
während
die Photokatalysatorfunktion der Photokatalysatorschicht 1cb erzielt
wird.
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Wie
es in den 3A und 3B gezeigt ist,
dehnen sich, wenn Wassertröpfchen
an der äußeren Oberfläche der
hydrophilen Schicht 1cc auf Grund von Regens oder Ähnlichem
haften, die Wassertröpfchen
auf der äußeren Oberfläche der
hydrophilen Schicht 1cc auf Grund der hohen Benetzbarkeit
der Schicht 1cc leicht aus. Demzufolge neigt das Laserlicht
nicht zum Streuen und stellt keine Lichtsammelfunktion bereit.
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Das
zweite Gehäuse 1b besteht
aus Harz und ist derart befestigt, dass es die Öffnung des ersten Gehäuses 1a schließt. In dem
Gehäuse 1 ist
ein elektrischer Verbinder (nicht gezeigt) derart vorgesehen, dass
er sich teilweise von dem Gehäuse 1 weg erstreckt.
Der Verbinder verbindet die elektrischen Teile (nicht gezeigt),
die innerhalb und außerhalb
des Gehäuses 1 vorgesehen
sind, miteinander.
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In
dem unteren Teil des Gehäuses 1 sind eine
Lichtstrahlungseinheit 2, ein Reflektionsspiegel 3,
ein Polygonspiegel 4 und eine elektrische Schaltungskarte 5 untergebracht.
Die Schaltungskarte 5 enthält eine elektrische Steuerschaltung,
die mit der Lichtstrahlungseinheit 2 verbunden ist, eine
Lichtempfangseinheit 6 und Ähnliches, um den Abstand zum
Objekt in Vorwärtsrichtung
zu messen. Die Lichtempfangseinheit 6 ist innerhalb des
oberen Teils des Gehäuses 1 gegenüber dem
Lichtempfangsfenster 1d angeordnet und enthält eine
Fresnel-Linse 6a und ein Lichtempfangselement 6b.
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Die
Lichtstrahlungseinheit 2 wird durch die Steuerschaltung,
die auf der Schaltungsplatte 5 vorgesehen ist, angetrieben
und strahlt das Laserlicht in Richtung des Reflektionsspiegels 3 ab.
Die Lichtstrahlungseinheit 2 kann eine Laserdiode enthalten, um
das Laserlicht in Pulsform abzustrahlen.
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Der
Reflektionsspiegel 3 reflektiert das Laserlicht, das von
der Strahlungseinheit 2 ausgestrahlt wird, und richtet
dieses auf den Polygonspiegel 4. Der Reflektionsspiegel 3 wird
schwingend von dem inneren Gehäuse 1c durch
ein Unterstützungsteil 7, das
an der Innenwand des Gehäuses 1 befestigt
ist, unterstützt.
Der Reflektionsspiegel 3 kann zum Beispiel durch einen
Motor (nicht gezeigt) angetrieben werden und durch die elektrische
Schaltung der Schaltungskarte 5 angesteuert werden, um
die Richtung der Reflektion einzustellen.
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Der
Polygonspiegel 4 ist als ein hexagonales Stammprisma geformt
und wird von dem Gehäuse 1 unterstützt. Der
Spiegel 4 ist um eine Achse des hexagonalen Prismas drehbar.
Dieser Spiegel 4 wird auch von einem Motor (nicht gezeigt)
angetrieben, der von der Steuerschaltung der Schaltungskarte 5 gesteuert
wird. Der Polygonspiegel 4 besitzt auf seinem Umfang Spiegelflächen, die
jeweils als ein Abtastreflektionsspiegel betrieben werden.
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Insbesondere
reflektiert der Polygonspiegel 4 das Laserlicht, das von
der Strahlungseinheit 2 abgestrahlt und von dem Reflektionsspiegel 3 reflektiert wird,
und richtet das Laserlicht durch das Strahlungsfenster 1c in
Richtung des Vorwärtsbereiches
des Fahrzeugs. Da der Polygonspiegel 4 gedreht wird, ändert sich
der Winkel der Seitenfläche
des Polygonspiegels 4. Dadurch wird der Winkel der Projektion des
Laserlichtes geändert,
um einen vorbestimmten Vorwärtsbereich
des Fahrzeugs abzutasten.
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Die
Fresnel-Linse 4 ist unterhalb des Lichtempfangselements 6b angeordnet.
Die Fresnel-Linse 6a sammelt das Laserlicht, das von dem
Objekt in Vorwärtsrichtung
reflektiert und durch das Fenster 1d empfangen wird. Das
Lichtempfangselement 6b empfängt das gesammelte Licht und
er zeugt eine Ausgangsspannung oder einen Ausgangsstrom, die bzw.
der sich mit der Intensität
des empfangenen Lichtes ändert.
Die Ausgangsspannung oder der Ausgangsstrom wird der Steuerschaltung
der Schaltungskarte 5 zugeführt.
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Die
wie oben erläutert
aufgebaute Objekterfassungsvorrichtung wird wie folgt betrieben,
wobei angenommen wird, dass sie in einem Fahrzeug angebracht ist
und eine automatische Geschwindigkeitsregelung eingeschaltet ist.
Der folgende Betrieb wird hauptsächlich
durch die Steuerschaltung der Schaltungskarte 5 gesteuert.
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Der
Reflektionsspiegel 3 wird zunächst durch den Motor in eine
vorbestimmte Winkelposition getrieben. Die Lichtstrahlungseinheit 2 strahlt
das Laserlicht in vorbestimmten Intervallen ab. Das Laserlicht wird
von dem Reflektionsspiegel 3 und dem Polygonspiegel 4 reflektiert
und durch das Strahlungsfenster 1c in Richtung des Vorwärtsbereiches
des Fahrzeuges gerichtet, wie es durch einem Pfeil in 2 angedeutet
ist. Wenn das Laserlicht von einem Objekt wie zum Beispiel einem
vorhergehenden Fahrzeug reflektiert wird, gelangt das reflektierte Licht
durch das Lichtempfangsfenster 1d in die Lichtempfangseinheit 6.
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In
der Lichtempfangseinheit 6 wird das reflektierte Licht
durch die Fresnel-Linse 6a gesammelt und von dem Lichtempfangselement 6b empfangen. Das
Lichtempfangselement 6b erzeugt auf den Empfang des gesammelten
Lichtes hin ein Ausgangssignal. Auf der Grundlage dieses Ausgangssignals
berechnet die Steuerschaltung einen Abstand L zum Objekt in Vorwärtsrichtung
unter Verwendung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Laserlichtes
V und des Zeitunterschiedes T zwischen der Laserlichtabstrahlung
durch die Strahlungseinheit 2 und dem Empfang des Laserlichtes
durch die Lichtempfangseinheit 6: L = V × T/2.
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Der
berechnete Abstand wird durch den Verbinder 1h an verschiedene Vorrichtungen
wie zum Beispiel eine Motorsteuer-ECU und eine Bremsensteuer-ECU,
die außerhalb
des Gehäuses 1 vorgesehen
sind, ausgegeben. Demzufolge können
die ECUs einen Motor und/oder Bremsen steuern, um einen vorbestimmten
Abstand zum Objekt aufrechtzuerhalten.
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Gemäß der obigen
Ausführungsform
ist die hydrophile Schicht 1cc an der äußersten Oberfläche des
Lichtstrahlungsfensters 1d vorgesehen. Sogar wenn Wassertröpfchen wie
zum Beispiel Regentropfen auf dem Lichtstrahlungsfenster 1d haften,
wirken die Wassertröpfchen
kaum als Lichtsammellinsen. Somit wird sogar dann, wenn das Laserlicht
die Wassertröpfchen
durchläuft,
dieses nicht so stark gestreut.
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Demzufolge
unterscheiden sich die Objekterfassungsbereiche bei der trockenen
Bedingung und der nassen Bedingung des Fensterstrahlungsfensters 1c,
wie es in 4 gezeigt ist, im Vergleich zum
herkömmlichen
Fall, der in 6 gezeigt ist, sehr wenig voneinander.
Die Vorrichtung erfasst somit das Objekt in Vorwärtsrichtung kaum fehlerhaft als
ein breiteres Objekt als es ist, ebenso wie es den Abstand zum Objekt
auf kaum fehlerhaft erfasst.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform
begrenzt, sondern kann auf verschiedene andere Weisen modifiziert werden,
ohne vom Bereich der Erfindung, der in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.