車輛的目標探測器的制作方法

專利名稱：車輛的目標探測器的制作方法
技術領域：
本發明涉及安裝在車輛上利用光波探測比如前方車輛等目標的目標探測器。
背景技術：
作為一種安裝在車輛上的目標探測器，存在著已知的距離測量設備(激光雷達)，用于利用激光等測量距離比如前方車輛(在前面的車輛)等目標的距離，例如JP-A-2002-031685(專利文獻1)中所公開的。這種距離測量設備設置了向車輛的前方間歇地發射光線的激光二極管。距離測量設備利用光學傳感器探測被車輛前面的障礙物所反射的光線。距離測量設備基于光發射時間和光接收時間之間的時間差測量距該障礙物的距離。
更具體地，距離測量設備具有光發射器、多角鏡以及光接收器。光發射器發射激光。多角鏡以截頭六棱錐的形狀形成。多角鏡旋轉并如同掃描鏡一樣作用。多角鏡反射激光。光接收器接收被反射的激光。因而，光發射器所發出的激光被多角鏡反射并引導至車輛的前方。那時，旋轉多角鏡以使得來自發射器的激光射到多角鏡的每個側面上。調整多角鏡反射激光的角度以便用激光掃描車輛前面的預定區域。前方車輛的反射器用作障礙物中的反射目標。光接收器接收被反射器反射的激光以便測量距離。
在常規的距離測量設備中，朝著前方車輛投射的激光器掃描在垂直方向上角度約為4度以及在水平方向上角度約為36度的區域。當第一預定區域應用于例如車輛高度很大并且在高位置處具有反射器的卡車等車輛時，反射器的安裝位置就高于激光器所投射的區域。在這種情況下，有可能激光器不能適當地照射反射器并且不能正確地進行距離測量。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種即使反射目標處于高位置時也能將探測光投射到障礙物的反射目標上的目標探測器，例如，在障礙物是車輛高度很大的車輛時。因而，能正確地進行目標探測或距離測量。
根據本發明的一個方面，一種目標探測器包括殼體、光發射器、旋轉體、投射窗口和光接收器。光發射器位于殼體中用于發射探測光。旋轉體位于殼體中并且包括有反射面。旋轉體在其反射面反射探測光以便用探測光掃描預定區域。投射窗口由半透明材料形成的用于讓由旋轉體所反射的探測光通過。光接收器位于殼體中用于接收被反射的探測光。目標探測器通過在旋轉體處反射由光發射器發射的探測光，將探測光通過投射窗口投射到殼體外面，并且利用光接收器接收被殼體外面的目標所反射的探測光。這樣，目標探測器探測目標。反射面包括有用于將探測光通過投射窗口投射到第一預定區域的第一表面以及用于將探測光通過投射窗口投射到高于第一預定區域的第二預定區域的第二表面。旋轉體進行旋轉以便將探測光通過投射窗口投射到第一預定區域和第二預定區域。
因而，目標探測器的旋轉體包括將探測光投射到第一預定區域的第一表面以及將探測光投射到第二預定區域的第二表面。通過轉動旋轉體，探測光可以通過投射窗口被投射到第一預定區域和第二預定區域。目標探測器能將探測光投射到車輛前面正常高度處的區域。另外，目標探測器能將探測光投射到車輛前面高于正常高度的高位置處的區域。于是，即使障礙物的反射目標處于高位置時(例如對于車輛高度很大的車輛的情況)，也能將探測光投射到反射目標上，并且能正確地進行目標檢測。


從對以下構成本申請一部分的詳細說明、所附的權利要求以及附圖的研究中，將能理解到實施例的特點和優點以及相關部件的操作方法和功能。在附圖中圖1是根據本發明第一實施例的目標探測器的透視圖；圖2是根據第一實施例的目標探測器的剖視圖；圖3是根據第一實施例的目標探測器的上表面的視圖；圖4是根據第一實施例的目標探測器的多角鏡的透視圖；圖5A是當多角鏡的第一表面反射激光時根據第一實施例的目標探測器的示意性剖視圖；圖5B是當多角鏡的第二表面反射激光時根據第一實施例的目標探測器的示意性剖視圖；圖6是根據本發明第二實施例的目標探測器的多角鏡；圖7A是當多角鏡的第一表面反射激光時根據第二實施例的目標探測器的示意性剖視圖；圖7B是當多角鏡的第二表面反射激光時根據第二實施例的目標探測器的示意性剖視圖；圖8是相關技術中目標探測器的多角鏡的透視圖。
具體實施例方式
(第一實施例)參考圖1，其中示出了根據本發明第一實施例的目標探測器。
圖1所示的目標探測器安裝在車輛中。目標探測器布置為例如使得圖2所示的目標探測器的右側指向車輛的前面。舉例來說，本實施例的目標探測器用作檢測諸如前方車輛(前面的車輛)等障礙物或者用作在自動巡航控制(自適應巡航控制)期間測量障礙物和本車輛之間距離的激光雷達。
目標探測器的各個部件容納在基本上呈立方體形狀的樹脂殼體1中，如圖1至3所示。
殼體1由第一殼體部分1a和第二殼體部分1b構成。第一殼體部分1a以其一個側面具有開口的箱體形狀形成。各種部件容納在由第一殼體部分1a所提供的容納空間內。第一殼體部分1a基本上由均質的樹脂材料形成。由比如玻璃或丙烯樹脂等半透明材料形成的投射窗口1c和入射窗口1d并排地布置在第一殼體部分1a指向車輛前面的表面中。
第二殼體部分1b例如由樹脂形成。第二殼體部分1b通過密封元件1e裝配至第一殼體部分1a的開口。
如圖2所示，在第二殼體部分1b的一部分上設有連接器1f，該連接器1f從殼體1部分地突出。通過連接器1f能實現殼體1內部和外部之間的電連接。
光發射器2、反射鏡3和多角鏡4位于殼體1中的下方位置，如圖2所示。裝備有控制目標探測器等的控制部分的電路板5也位于殼體1的下部。光接收器6也位于殼體1中以使得光接收器面對入射窗口1d。
基于從電路板5的控制部分輸出的驅動信號操作光發射器2以便朝著反射鏡3發射激光。舉例來說，光發射器2由激光二極管構成并且產生像脈沖形探測電磁波一樣的激光(探測光)。
反射鏡3反射由光發射器2發出的激光并且將激光朝著多角鏡4投射。反射鏡3由固定至殼體1內壁的保持部件7保持至殼體1以使得反射鏡3能擺動。由電路板5的控制部分驅動的馬達使反射鏡3擺動以便繞著垂直于圖2平面的軸線對反射角進行微細的調整(舉例來說，大約1度的調整量)。
多角鏡4形成為截頭六棱錐，或者其頂部被切掉的六棱錐。多角鏡4被保持在第一殼體部分1a的下表面上，以使得多角鏡4能繞著六棱錐的軸線在電路板5之上旋轉。由電路板5的控制部分所控制的馬達驅動多角鏡4旋轉。多角鏡4的所有側面用作反射鏡。因而，多角鏡4用作掃描鏡。
更具體地，如果反射鏡3反射由光發射器2所發射的激光，多角鏡4就再次反射激光。因而，多角鏡4將激光通過第一殼體部分1a的投射窗口1c導向到車輛的前面。如果馬達驅動多角鏡4旋轉，多角鏡4反射激光的側面的角度隨著旋轉而改變。于是，被反射激光的投射角度也發生變化。因而就掃描了車輛前面的預定區域。
如圖8所示，相關技術的多角鏡J1形成為截頭六棱錐，或者其頂部被切掉的六棱錐。更具體地，相關技術的多角鏡J1的各個側面的角度相差很小的角度以便在垂直方向上獲得必要的掃描范圍。舉例來說，當多角鏡J1的基準表面相對于截頭六棱錐底面(圖8中的上表面)的角度為θ1度時，與該基準表面相鄰的另一表面的角度設為θ1-Δ1度，并且與該另一表面相鄰的又一表面的角度設為θ1-2Δ1度。因而，基于這個基準表面，這六個表面相對于底面的角度設為θ1度、θ1-Δ1度、θ1-2Δ1度、θ1-3Δ1度、θ1-4Δ1度和θ1-5Δ1度。
相比之下，本實施例的多角鏡4形成為截頭六棱錐，如圖4所示，其一個側面被斜切。更具體地，多角鏡4的六個側面被分組為五個第一表面4a、4b、4c、4d、4e以及一個第二表面4f。第一表面4a-4e相對于截頭六棱錐的底面的角度被設置為使得由每個第一表面4a-4e所反射的激光達到第一預定區域。第二表面4f相對于截頭六棱錐的底面的角度被設置為由第二表面4f所反射的激光達到高于第一預定區域的第二預定區域。
更具體地，如果多角鏡4的基準表面4a相對于截頭六棱錐的底面的角度為θ1`度，那么與表面4a相鄰的表面4b的角度被設為θ1`-Δ1`度，與表面4b相鄰的表面4c的角度被設為θ1`-2Δ1`度。因而，鄰近的五個第一表面4a-4e相對于截頭六棱錐的底面的角度被設為θ1`度、θ1`-Δ1`度、θ1`-2Δ1`度、θ1`-3Δ1`度以及θ1`-4Δ1`度。第二表面4f相對于底面的角度被設為比θ1`大的度。
因此，當多角鏡4反射激光時，所反射的激光通過入射窗口1c被投射到車輛的前方。當激光被第一表面4a-4e之一反射時，激光以正常的高度被投射，如圖5A所示。圖5A中的標記a、b、c、d、e示意性地示出了分別由第一表面4a-4e所反射的激光的投射范圍。當激光被第二表面4f反射時，激光朝著高于正常高度的位置投射，如圖5B所示。圖5B中的標記f示意性地示出了由第二表面4f所反射的激光的投射范圍。
如圖5A所示，當激光被多角鏡4的第一表面4a-4e之一反射時，激光投射到車輛前方正常高度處的區域。此時，激光能達到行進在相對本車輛較遠位置上的前方車輛。于是，檢測范圍從短距離延伸到長距離。
當激光被多角鏡4的第二表面4f反射時，激光朝著車輛前方高于正常高度的位置投射。此時，激光被投射到行進在相對本車輛較近位置上的前方車輛，如果距前方車輛的距離增大，激光就會變得高于車輛的高度。因而，檢測范圍限制在短距離內。
因此，利用第一表面4a-4e進行正常檢測，利用第二表面4f進行短距離的檢測。
光接收器6包括有菲涅耳(Fresnel)透鏡6a和光接收元件6b，舉例來說，該光接收元件可以通過光學二極管而提供。光接收器6利用菲涅耳透鏡6a聚集激光。如果聚集的激光被投射到光接收元件6b，光接收元件6b根據所接收激光的強度產生輸出電流或輸出電壓。因而，光接收器6能檢測投射到殼體1上部的激光。光接收器6的輸出電流或輸出電壓被輸入到電路板5的控制部分。
光接收器6位于多角鏡4旁邊。光接收器6沿著垂直于多角鏡4旋轉軸的方向偏離多角鏡4的旋轉軸。
以下將解釋本實施例的目標探測器的操作。
如果位于車輛艙室中的自動巡航控制(自適應巡航控制)的開關被打開，本實施例的目標探測器進行車輛前方目標的檢測。
首先，基于從控制部分輸出的驅動信號驅動馬達。因而，反射鏡3被調整至預定角度。然后，光發射器2以預定的定時發射激光。激光被反射鏡3和多角鏡4反射并且通過投射窗口1c被投射到車輛的前方。如果激光被本車輛前面的前方車輛等反射，那么反射光通過入射窗口1d被菲涅耳透鏡6a聚集并且投射到光接收遠見那6b。
光接收元件6b相應于所接收激光的強度產生輸出電流或輸出電壓。控制部分檢測輸出電流或輸出電壓。因而，控制部分基于輸出電流或輸出電壓檢測車輛前面的物體。另外，控制部分可以基于激光發射時刻和激光接收時刻之間的時間差ΔT以及激光速度c利用以下公式(1)來測量距前方車輛的距離DD＝c×ΔT/2， (1)由于多角鏡4被轉動，激光分別投射到多角鏡4的第一表面4a-4e和第二表面4f。因而，激光能被投射到正常高度的區域以及高于正常高度的區域。因而能夠掃描正常高度的區域以及高于正常高度的區域。
在本實施例中，第一表面4a-4e和第二表面4f的角度是不同的。在多角鏡4的側面中預先已知哪個側面是第二表面4f。利用第一表面4a-4e之一進行目標檢測或距離測量的時刻不同于利用第二表面4f進行目標檢測或距離測量的時刻。因而，在確定進行目標檢測或距離檢測的前方車輛是具有正常高度的車輛還是具有較大車輛高度的車輛的同時，可以進行目標檢測或距離檢測。
如果測量了前方車輛和本車輛之間的距離，相應于測量結果的輸出就被輸出到殼體1外面的外部部件，比如發動機ECU(電子控制單元)或剎車ECU。因而，就控制發動機輸出或剎車力從而將前方車輛和本車輛自檢的距離保持在預定距離。
如前所述，本實施例的目標探測器具有多角鏡4，其形成為具有將激光投射到第一預定區域的第一表面4a-4e以及將激光投射到第二預定區域的第二表面4f。
因此，通過旋轉多角鏡4，激光可以通過投射窗口1c投射到第一預定區域和第二預定區域。更具體地，本實施例的目標探測器能將激光投射到車輛前面正常高度的區域，還有車輛前面高于正常高度的區域。因而，即使障礙物的反射目標位于高位置，例如對于具有較大車輛高度的車輛，激光也能被投射到反射目標。于是，可以正確地進行目標檢測或距離測量。
(第二實施例)以下將基于圖6解釋根據本發明第二實施例的目標探測器。
如圖6所示，第二實施例的目標探測器的多角鏡4形成為截頭六棱錐。截頭六棱錐的六個側面被分組成三個第一表面4a`、4b`、4c`和三個第二表面4d`、4e`、4f`。第一表面4a`-4c`形成為平面。第二表面4d`-4f`形成為凸面。
如果多角鏡4的基準表面4a`相對于截頭六棱錐底面(圖6中的上表面)的角度為θ2度，那么與表面4a`相鄰的表面4d`的角度設為θ2`度，與表面4d`相鄰的表面4b`的角度設為θ2-Δ2度。與表面4b`相鄰的表面4e`的角度設為θ2`-Δ2`度。因而，基于一個基準表面，鄰近的六個表面4a`、4d`、4b`、4e`、4c`、4f`的角度按照順序設為θ2度、θ2`度、θ2-Δ2度、θ2`-Δ2`度、θ2-2Δ2度和θ2`-2Δ2`度。
如果激光被投射到第一表面4a`-4c`上，反射激光的范圍與如圖7A所示垂直方向上的第一預定范圍(舉例來說，約4度的范圍)一致。在圖7A中，標記a`、b`、c`示意性地示出了被第一表面4a`-4c`反射的激光所達到的范圍。如果激光被投射到第二表面4d`-4f`上，激光的范圍被凸面放大。因此，此時，反射激光在垂直方向上的范圍與比第一預定范圍寬的第二預定范圍，或者寬于4度的范圍相一致，如圖7B所示。在圖7B中，標記d`、e`、f`示意性地示出了被第二表面4d`-4f`反射的激光所達到的范圍。
當激光利用第二表面4d`-4f`投射時，激光能被投射到包括車輛前方正常高度處區域以及高于正常高度位置的區域。因此，利用多角鏡4的第一表面4a`-4c`進行長距離的正常目標檢測或正常距離測量。利用多角鏡4的第一表面4d`-4f`進行短距離的目標檢測或距離測量。
被反射激光利用第二表面4d`-4f`所掃描的第二預定區域設為大于被反射光利用第一表面4a`-4c`所掃描的第一預定區域。通過將第二預定區域設置為包括高于正常高度的位置，可以獲得與第一
(變型)在第一和第二實施例中，作為一種光波的激光用作探測光。可選地，任何類型的光波可用來代替激光。
在第一和第二實施例中，多角鏡4的側面朝下。可選地，側面可朝上。如果第一實施例的多角鏡4在第一和第二表面4a-4f朝下的情況下使用，第二表面4f相對于底面的角度應當設為比第一表面4a-4e的角度小。更具體地，第二表面4f應當比第一表面4a-4e更朝上翻。
如果第二實施例的多角鏡4在第一和第二表面4a`-4f`朝下的情況下使用，多角鏡4應當形成為使得被第二表面4d`-4f`反射的激光的范圍包括高于正常高度的位置。
在第一和第二實施例中，截頭六棱錐形的多角鏡4用作旋轉體。旋轉體的形狀并不限于截頭六棱錐。也可以使用任何其它形狀的旋轉體，只要旋轉體具有用于正常目標檢測或正常距離測量的第一表面4a-4e或第一表面4a`-4c`以及能將激光反射到高于正常高度的位置并且用于短距離的目標檢測或距離測量的第二表面4f或第二表面4d`-4f`。舉例來說，旋轉體可由截頭六棱錐之外的任何其它多邊棱錐來提供。
第一實施例中多角鏡4的第一表面4a-4e和第二表面4f的數目并不限于第一實施例中的數目。第一實施例中多角鏡4的第一表面4a-4e和第二表面4f的數目可以任意設定，只要提供了至少一個第一表面和至少一個第二表面。第二實施例中多角鏡4的第一表面4a`-4c`和第二表面4d`-4f`的數目并不限于第二實施例中的數目。第二實施例中多角鏡4的第一表面4a`-4c`和第二表面4d`-4f`的數目可以任意設定，只要提供了至少一個第一表面和至少一個第二表面。
本發明不限于所公開的實施例，而是可以在不偏離本發明如所附的權利要求所限定的范圍之下以很多其它方式實施。
權利要求
1.一種目標探測器，其包括殼體(1)、位于殼體(1)中用于發射探測光的光發射器(2)、位于殼體(1)中用于在其反射面反射探測光以便用探測光掃描預定區域的旋轉體(4)、由半透明材料形成的用于讓由旋轉體(4)所反射的探測光通過的投射窗口(1c)、以及位于殼體(1)中用于接收探測光的反射光的光接收器(6)，該目標探測器通過在旋轉體(4)處反射由光發射器(2)發射的探測光、將探測光通過投射窗口(1c)投射到殼體(1)的外面以及利用光接收器(6)接收被殼體(1)外面的目標所反射的探測光來探測目標，其特征在于旋轉體(4)的反射面包括用于將探測光通過投射窗口(1c)投射到第一預定區域的第一表面(4a，4b，4c，4d，4e)以及用于將探測光通過投射窗口(1c)投射到高于第一預定區域的第二預定區域的第二表面(4f)，和旋轉體(4)進行旋轉以便將探測光通過投射窗口(1c)投射到第一預定區域和第二預定區域。
2.如權利要求1的目標探測器，其中目標探測器基于由光接收器(6)所接收的探測光來測量距反射探測光的目標的距離。
3.如權利要求1或2的目標探測器，其中旋轉體(4)的反射面以多邊棱錐的側面的形狀形成，和旋轉體(4)形成為使得第一表面(4a-4e)由多邊棱錐的一個側面提供并且第二表面(4f)由多邊棱錐的另一側面提供。
4.如權利要求1至3中任一的目標探測器，其中旋轉體(4)設置為多角鏡，其反射面為截頭六棱錐的側面，和旋轉體(4)形成為使得第二表面(4f)由多角鏡的至少一個側面提供并且第一表面(4a-4e)由多角鏡的其它側面提供。
5.一種目標探測器，其包括殼體(1)、位于殼體(1)中用于發射探測光的光發射器(2)、位于殼體(1)中用于在其反射面反射探測光以便用探測光掃描預定區域的旋轉體(4)、由半透明材料形成的用于讓由旋轉體(4)所反射的探測光通過的投射窗口(1c)、以及位于殼體(1)中用于接收探測光的反射光的光接收器(6)，該目標探測器通過在旋轉體(4)處反射由光發射器(2)發射的探測光、將探測光通過投射窗口(1c)投射到殼體(1)的外面以及利用光接收器(6)接收被殼體(1)外面的目標所反射的探測光來檢測目標，其特征在于，旋轉體(4)的反射面包括用于將探測光通過投射窗口(1c)投射到第一預定區域以使得第一預定區域的垂直長度成為預定范圍的第一表面(4a`，4b`，4c`)；以及用于將探測光通過投射窗口(1c)投射到第二預定區域的第二表面(4d`，4e`，4f`)，該第二區域大于第一預定區域并且包括高于第一預定區域的區域，和旋轉體(4)進行旋轉以便將探測光通過投射窗口(1c)投射到第一預定區域和第二預定區域。
6.如權利要求5的目標探測器，其中目標探測器基于由光接收器(6)所接收的探測光來測量距反射探測光的目標的距離。
7.如權利要求5或6的目標探測器，其中旋轉體(4)的反射面以多邊棱錐的側面的形狀形成，和旋轉體(4)形成為使得第一表面(4a`-4c`)由多邊棱錐的一個側面提供，并且第二表面(4d`-f`)由多邊棱錐的另一側面提供。
8.如權利要求5至7中任一的目標探測器，其中第二表面(4d`-4f`)以凸面的形狀形成。
9.如權利要求5至7中任一的目標探測器，其中旋轉體(4)設置為多角鏡，其反射面為截頭六棱錐的側面，和旋轉體(4)形成為使得第二表面(4d`-4f`)由多角鏡的至少一個側面提供并且第一表面(4a`-4c`)由多角鏡的其它側面提供。
全文摘要
本發明公開了一種用于車輛的目標探測器，其中多角鏡(4)包括用于將激光投射到第一預定區域的第一表面(4a，4b，4c，4d，4e)以及用于將激光投射到高于第一預定區域的第二預定區域的第二表面(4f)。旋轉多角鏡(4)以將激光通過投射窗口(1c)投射到第一和第二預定區域。因而，激光不僅能被投射到車輛前面正常高度處的區域，而且還能投射到車輛前面高于正常高度的區域。因而，即使障礙物的反射目標位于高位置，探測光也能被投射到反射模板。于是，可以正確地進行目標檢測或距離測量。
文檔編號G01C3/06GK1677050SQ20051006390
公開日2005年10月5日 申請日期2005年3月30日 優先權日2004年3月31日
發明者足立芳樹, 照井武和 申請人:株式會社電裝