CN1109968A - 电磁波输出装置和距离测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种用电磁波的安全性更 好的距离测量装置。根据控制回路29的时钟，驱动 回路3使LD2发光。该激光根据控制回路29由扫 描器1依次按设定的扫描方向改变。发射出的光由 目标物反射，之后由PD5接收，通过接受回路6向控 制回路29输入。此时，计算出从发光到接收到光所 经过的时间，根据该时间，就可求得从扫描器到目标 物之间的距离。由此，开始-结束检测回路28根据 由扫描位置检测装置4的扫描方向的信息扫描开始 点附近和扫描结束点附近停止发射对人体有害的电 磁波。

Description

本发明涉及一种利用激光或电磁波来测量到目标的距离的距离测量装置，特别是涉及提高装置安全性的技术。

下面说明以前的利用激光的距离测量装置。图11表示了这种距离测量装置构成的方框图。

根据控制回路7的时钟，激光发光二极管（LD）驱动回路3使激光发光二极管发光。作为一种电磁波的这种激光根据控制回路由扫描器依次改变所定的扫描方向。这样发出的光中的一部分光被目标物（图中未示）反射。之后，这些反射光由光电二极管（PD）接受，通过受光回路6输入给控制回路7。另外，扫描位置检测装置4检测出扫描器的扫描方向及扫描角速度并输出信号至控制回路7。

下面，更详细地说明使发出的光依次按设定的扫描方向改变的扫描器。图12中表示了扫描器的结构图。

参照图12，由激光发光二极管2发射出的光被平行光管透镜9变换成平行光P。该平行光P通过固定镜11和扫描镜13变换成所定的方向射出。此时，扫描镜13由电机（图中未示）控制着，能够依次变换扫描方向。

还有，射出的平行光P的扫描方向能被作为扫描位置检测装置的扫描器控制用发光二极管（LD）15或位置检测部件（PSD）17检测出。具体地说，由扫描器控制用LD15发出的光通过双面镜式扫描镜13，照射至PSD17，根据在PSD17的某一位置是否接受到光而确定扫描方向。

如上述那样，发出的光被目标物19反射，在接受了该反射光之后，控制回路7内计算出从发光到接受到光所经过的时间。另外，检测出该光的扫描方向（此处为扫描角度）。根据这些信息，由距离运算回路8计算出以下的距离。具体地说，目标物的直线距离D由D＝T1×299792458/2[m/s]的式子表示的那样将光速乘上经过的时间除二即可求得。而垂直距离Dc及平行距离Ds可由下式求得（参照图13）。

Dc＝D×Cosθ[m/s]

Ds＝D×Sinθ[m/s]

那样，就可求得作为发光部件的扫描器到目标物的各种距离。

还有，这样的距离测量装置可用于雷达和车辆等上。具体地说，由于安装在车辆的缓冲器附近，就可求得从自身车辆到周围车辆的距离，并由垂直距离Dc可知车辆之间的距离，又由平行距离Ds可知其它车道有无车辆和车辆之间的间距。

然而，以前的距离测量装置存在下面的问题。

在上述的距离测量装置中，发出的光由扫描器1依次以不同的设定扫描方向射出。在图14中表示了从扫描开始到扫描结束的范围27。由于该扫描方向的变化是通过用电机驱动的扫描镜的转动来进行的，在扫描开始点附近21及扫描结束点附近23处的扫描镜的角速度分别存在加速和减速的现象。即，扫描开始点附近21及扫描结束点附近23处的扫描镜的角速度要比其它扫描区域25范围内的各速度低一些。

由于要进行连续的发光，扫描镜的角速度如果低的话，那么每单位面积的光量就会出现增多的现象。

在这种场合下，这种光一接触到人眼，就应考虑到安全性，担心会出问题。

由此，本发明的目的是要解决上述的问题，提供一种利用更安全优越的电磁波的距离测量装置。

本发明的距离测量装置的基本结构，包括从扫描开始点连续到达扫描结束点边扫描边发出测定用电磁波的测定用电磁波扫描装置;

检测上述发出的测定用电磁波在被检物体的反射点上反射的电磁波的电磁波检测装置;

测定上述测定用电磁波输出后检测出所需要的时间的同时，根据该时间来求得上述测定用电磁波扫描装置与上述反射点之间的距离的运算装置;

还设置有使在扫描开始点附近及扫描结束点附近的测定用电磁波的发射量衰减的发射衰减装置。

本发明距离测量装置的电磁波输出装置的基本结构，包括发射电磁波的电磁波发射装置;

控制上述电磁波发射装置发射的电磁波的发射方向的发射方向控制装置;

检测由上述电磁波发射方向控制装置改变的发射方向的角速度的角速度检测装置;

若由上述的角速度检测装置检测出的角速度变小，就使上述电磁波发射装置发射的电磁波功率变小的电磁波功率控制装置。

下面，对本发明的一个实施例的距离测量装置作一说明。其中：

图1中表示了有关本发明的一个实施例的距离测量装置的结构框图。

图2是说明扫描器的结构图。

图3是表示扫描器的扫描范围的图。

图4是表示开始-结束检测装置功能的流程图。

图5是为表示扫描器与目标的距离的图。

图6是涉及距离测量装置的投光部的FS功能的框图。

图7是涉及距离测量装置的受光部的FS功能的框图。

图8是表示FS功能的处理流程的流程图。

图9是表示FS功能的处理流程的流程图。

图10是表示了有关本发明的另一个实施例的距离测量装置的结构框图。

图11是表示以前的距离测量装置的结构框图。

图12是为说明扫描器的结构图。

图13是为表示扫描器与目标的距离的图。

图14是为表示扫描器的扫描范围的图。

图1所示为本发明的一实施例的距离测量装置框图，根据控制回路29的时钟信号，激光发光二极管（LD）的驱动回路3使激光发光二极管（LD）2发出光。作为测量用电磁波的一种的该激光，在控制回路29控制下，通过作为依次测定用电磁波扫描装置的扫描器1改变至所定的扫描方向。这样射出的光中的一部分光被目标物（图中未示）反射，之后，该反射光由作为电磁波检测装置的光电二极管（PD）5接受，并通过受光回路6输入到控制回路29内。另外，扫描位置检测装置4检测出扫描器1的扫描方向及扫描角速度，并输出给作为发光衰减装置的开始-结束检测回路28。开始-结束检测回路28根据该信息，向控制回路29输送有关发光的情报，进一步地，控制回路29根据该情报控制LD驱动回路3。

此处，更详细地说明使发光的光依次按照所定的扫描方向变化的扫描器1。图2表示了扫描器1的结构图。另外，图3表示了扫描范围27。

如图2所示，由激光发光二极管2射出的光通过平行光管透镜9被变成平行光P。该平行光P通过固定镜11和扫描镜13改变到所定的方向并向该方向发射，此时，扫描镜13由电机（图中未示）控制着，就可依次改变扫描方向。例如，从扫描开始点到扫描结束点之间的扫描范围27，即图3所示的那样。

如上所述的那样，由于该扫描方向的变化是通过用电机驱动的扫描镜的转动进行的，因此，在扫描开始点附近21及扫描结束点附近23处的扫描镜的角速度分别存在加速和减速的现象。即，扫描开始点附近21及扫描结束点附近23处的扫描镜的角速度要比其它扫描区域25范围内的各速度低。

而且，射出的平行光P的扫描方向能由作为扫描位置检测装置的扫描器控制用LD15和位置检测部件（PSD）17所检测出来。具体地说，由扫描器控制用LD15发出的光通过二面镜式扫描镜13，根据在PSD17的某一位置是否接受到光而可确定扫描方向。

下面，对开始-结束检测回路28参照图1并根据图4的流程图予以说明。

利用有关从扫描位置检测回路4输出的扫描方向的信息，来判断扫描方向是否是指向预定的扫描开始点附近21及扫描结束点附近23（参照图3）（步骤S1）。若是，则输出停止LD发光的信息（步骤S3），相反在否的情况下，发出使LD继续发光的信号（步骤S2）。另外，把这些信号输送到控制回路29之后，控制回路29根据这些信号控制LD驱动回路3。

这样，从安全性考虑，会出问题的扫描开始点21及结束点附近23就可停止发光。

如上所作的说明，发出的光被目标物19反射，在接受了该反射光之后，在作为运算装置的控制回路29内计算出从发光到接受到光所经过的时间T1。另外，检测出该光的扫描方向（此处为扫描角度）。根据这些信息，由距离运算回路8计算出以下的距离。具体地说，目标物的直线距离D由D＝D×299792458/2[m/s]的式子表示的那样将光速乘上经过的时间除二即可求得。而垂直距离Dc及平行距离Ds可由下式求得（参照图5）。

Dc＝D×Cosθ[m/s]

Ds＝D×Sinθ[m/s]

这样，就可求得从作为发光部件的扫描器到目标物的各种距离。

上述距离测定检查装置具有故障自动保护（FS）功能。以下对故障自动保护功能作说明。

首先，根据图6来说明距离测量装置投光侧FS功能，图6是有关距离测量装置的投光侧的功能的方框图。另外，作为第一透光窗的投光窗32设置在扫描器1的测定用激光的光路内。

激光发光二极管2根据控制回路29的时钟的启动信号由LD驱动回路2驱动而发出光。该激光通过投光镜9从投光窗32处射出。此时，LD功率检测用PD34可接受该激光的部分漏光。利用该部分漏光就可检查投光功能。

由PD受光后的信号经I/V变换器36进行电流-电压变换，再由放大器38放大后的受光信号输入到比较器40。该比较器40将预定的阈值与受光信号进行比较，并将比较的结果（受光的程度）输送给控制回路29。

一旦投光窗32受到污染，射出的激光的其中一部分就会由投光窗32反射。利用该部分反射光就可检测出投光窗32的受污程度。因投光窗32上的污染而反射的光由污染检测用PD42接受。PD42受光后的信号经I/V变换器44进行电流-电压变换，再由放大器46放大后的受光信号输入到比较器48。该比较器48将预定的阈值与受光信号进行比较，并将比较的结果（受光的程度）输出给控制回路29。

下面，根据图7来说明距离测量装置受光侧FS功能，图7是有关距离测量装置的受光侧的功能的方框图。另外，作为第二透光窗的受光窗56被设置在测定用激光的光路之内。

在受光侧设置了作为检查用电磁波输出装置的检查用LED50。该检查用LED50根据在控制回路29输出的LED启动信号作用下计时脉冲发生器52发出的计时信号，由LED驱动回路54驱动，并发出一种检查用电磁波的检查用光。该检查用光朝着受光窗56送出。利用该检查用光，就可检查受光功能。此时，计时脉冲发生器52在发光计时的同时，也对计数器58输送开始信号。另外，输送出的检查用光到达透光窗56，虽然大部分透过，但一部分被反射。

距离测量用和共用的PD5通过受光透镜62能接受该部分反射光。由PD受光后的信号经I/V变换器6a进行电流-电压变换，再由放大器6b放大后的受光信号输入到比较器6c。该比较器6c将预定的多个阈值与受光信号进行比较，并将比较的结果（相当于受光量大小的受光程度数据）输送给控制回路29。同时，向计数器58输出一个停止信号，计数器即停止，并作为计数器数据向控制回路29输送。另外，上述受光回路6对应于I/V变换器6a、放大器6b和比较器6c。

从PD所受的光量就能检测出受光窗56的受污程度。从受光窗56反射出的反射光由处于污物检测模式的PD所接受。由PD受光后的信号经I/V变换器6a进行电流-电压变换，再由放大器6b放大后的受光信号输入到比较器6c。该比较器6c将预定的阈值与受光信号进行比较，并将比较的结果输送给控制回路29。

因此，如上所述，为了检测受光侧的装置，在测定用LD2停止发光过程中进行是必要的，而上述的一个实施例的距离测量装置是在扫描开始点附近及扫描结束点附近停止发射测定用电磁波，从而在该停止发射期间，受光侧的FS功能可以发挥作用。在图8和图9中表示了为说明FS功能的流程图。下面根据图8和图9来说明FS功能的处理流程。

首先，使通常的距离测量操作开始（P1）。在该距离测量操作中定期地（例如100ms一次）进行以下的FS处理。

开始时，切换到投光部功率检测模式（P2）。在该模式下，由LD功率检测用PD34接受LD2的漏光，并将该受光程度输入到控制回路29内。此时，进行输入后的受光程度的功率判断（P4），若是在预定的程度以上，则判断为正常发光，然后进行下一步骤。若该功率低于设定的值，可判断出因某种异常而使LD2不能正常地发光，则进行异常处理（P5）。这样，就进行了LD2的功率检查、LD2的异常检查和LD驱动回路3的异常检查，使投光部FS的功能起作用。

然后，切换到投光部污物检测模式（P6）。在该模式下，由投光部污物检测用PD42接收投光窗32反射的反射光，所接收的光量在比较器48内与设定的多个阈值进行比较，从而可得到与受光量相对应的阈值（P7）。该阈值就能表示出投光窗32的受污程度，若为设定阈值以上，因距离测量操作不能正常进行，因此就把不能正常地操作的阈值称作为投光部受污极限值。

由控制回路29，输入的阈值在投光部受污极限值以下的情况下，判断为异常1（P8）。则在这种情况下，进行异常处理（P9）。而投光部受污极限值不是很大但比通常的反射量稍大一些（称作为功率上升）则判断为异常2（P8）。即，在投光部污物较少的情况下，则适当地提高LD2的发光功率（P10）。

即，即使投光部上的污物较少的情况下，也不会使测定性能变坏。

下面是为了进行受光侧的检查，如上所述地使LD2停止发光（P11）。另外，该LD发光停止时期正好在距离测量中的扫描开始点附近及扫描结束点附近。

然后，切换到受光部污物检测模式（P12）。该模式下，首先，发生为LED发光的计时脉冲（P13）。根据该计时脉冲，使LED50发光（P14）。由LED50发出的光由受光窗56反射一部分。而由距离测量用的PD5接收该反射光，并得到对应于受光量的受光值。该受光值作为受光数据输入（P15）。该受光值可表示受光窗56的受污程度，若为某设定受光值以上，因距离测量操作不能正常进行，因此就把成为不能正常操作的受光值称为投光部受污极限值。

由控制回路29，判断输入的受光值（P16），在受光部受污极限值以上的情况下，进行异常处理（P17）。

然后，切换到受光部FS模式（P18）。也在该模式中，首先，发生为LED发光的计时（P19）。根据该计时，使LED50发光（P20）。同时，使计数器58开始。由LED发出的光由受光窗56反射一部分。而由距离测量用的PD5接收该反射光，并得到对应于受光量的受光值。并把该受光值作为受光数据记入（P12）。同时，使计数器停止，并向控制回路29输送该受光数据（P22）。由控制回路29，将输入的受光值及计数值与预定的值比较，在设定值以外的情况下，判断受光部透镜，受光元件和受光回路等其中总有某处为异常（P23）。若判断为异常的情况下，由控制回路29进行异常处理（P24）。

另外，改变发光计时（即改变检测出的计算数据），进行反复几次上述的受光侧FS的处理（P25），就可以提高检测精度。

这样地对透镜、安装位置、PD和受光回路的异常进行检测，从而使受光部的FS功能起作用。进行上述的一连串的FS处理后，若无异常，则为了继续进行通常的距离测量操作，就进行LED发光步骤（P26）。

如上述那样，能够进行测定操作的同时使距离测量装置的FS功能起作用。

这样的距离测量装置可用在雷达和车辆上。具体地说，由于是安装在车辆的缓冲器处，所以，就能求得车辆本身到周围车辆的距离，并既可根据垂直距离Dc知道车辆间的垂直距离，又可根据平行距离Ds掌握其它车道有无车辆和与其它车辆之间的距离。

在上述的实施例中，虽然由于发射衰减装置在扫描开始点附近21及结束点附近23停止照射，不过，利用其它类的发射衰减装置使扫描开始点附近21及结束点附近23的发射强度衰减也行。

在上述实施例中，根据扫描位置检测回路4输出的扫描方向的信息，虽然可以由开始-结束检测回路28来控制发射的停止，但利用其它类的发射强度控制装置以与扫描角速度的绝对值成一定比例控制发射强度也可以。

具体地说，为了代替如图10所示的上述的实施例的开始-结束检测回路28，设置有为发射强度控制装置的发射强度控制装置30，由该发射强度控制装置30根据来自扫描位置检测回路4的扫描角速度的信息，以与扫描角速度的绝对值成一定比例来控制LD驱动回路3。另外，图1的控制回路29将从扫描位置检测装置4得到的扫描器的扫描角速度信息进行时间微分，从而得到扫描器1的扫描角速度。而该控制回路29以与该角速度成一定比例的发光功率使LD发光的方式驱动LD驱动回路3。此时，控制回路29也可以在扫描器1的扫描角速度的绝对值低于设定的阈值的情况下，使LD2停止发光的方式来驱动LD驱动回路3。如果这样做，可比采用发光功率与扫描角速度成一定比例的方式，安全性更高。

在权利要求1所述的距离测量装置中，由于上述的发射衰减装置，从而控制了在扫描开始点附近及扫描结束点附近具有危险性的电磁波的发射量。因此，就能避免随扫描开始点附近及扫描结束点附近的扫描角速度的减小而光量增加所引起的危险。

在权利要求2所述的距离测量装置中，由于上述的发射衰减装置，从而可以停止在扫描开始点附近及扫描结束点附近具有危险性的电磁波的发射量。

从而，就能避免随扫描开始点附近及结束点附近的扫描角速度的减小而光量增加所引起的危险。

在权利要求3所述的距离测量装置中，能够判断测定用电磁波扫描装置的发射程度。

在权利要求4所述的距离测量装置中，根据由第一透光窗反射的反射光量来检测出第一透光窗的受污程度，按照受污程度，来调整上述测定用电磁波扫描装置的射出量。

在权利要求5所述的距离测量装置中，由检查用电磁波输出装置在测定用电磁波发射停止期间可根据从检查用电磁波输出装置的由第二透光窗反射的检查用电磁波的量来完成检测第二透光窗的受污程度的操作。

在权利要求6所述的距离测量装置中，由检查用电磁波输出装置可根据从检查用电磁波输出装置输出的由第二透光窗反射的检查用电磁波的量来判断上述电磁波检测装置的功能是否正常。

在权利要求7所述的距离测量装置中，能由上述发射量控制装置来控制具有危险性的照射点处的电磁波的发射量。

从而，就可避免随扫描角速度的减小而光量增加所引起的危险。

在权利要求8所述的电磁波输出装置中，因为在随电磁波发射方向变化而角速度变小时能使电磁波的发射功率变小，因此，电磁波对人眼的照射影响减小。另外，在权利要求9所述的电磁波输出装置中，因为在往复扫描电磁波的情况下，能在扫描两端使电磁波功率最小，所以同时能够确保对人眼的安全性。进一步地，在权利要求10所述的电磁波输出装置中，因为在电磁波的发射方向的变化的角速度为零时能使发射的电磁波功率为零，所以，能够充分地确保扫描两端安全性。而且，能够随着电磁波发射方向的角速度的减少而避免由光量增加引起的危险。

Claims (10)

1、一种距离测量装置，该装置包括从扫描开始点连续地到达扫描结束点边扫描发出测定用电磁波的测定用电磁波扫描装置；

检测上述发出的测定用电磁波在被检物体的反射点上反射的电磁波的电磁波检测装置；

测定上述测定用电磁波输出后检测出所需要的时间的同时，根据该时间来求得上述测定用电磁波扫描装置与上述反射点之间的距离的运算装置；其特征在于

还设置有使在扫描开始点附近及扫描结束点附近的测定用电磁波的发射量衰减的发射衰减装置。

2、根据权利要求1所述的距离测量装置，其特征在于由发射衰减装置停止电磁波的发射。

3、根据权利要求1所述的距离测量装置，其特征在于接受从测定用电磁波扫描装置漏掉的光，从漏光量判断上述的测定用电磁波扫描装置的功能是否正常。

4、根据权利要求1所述的距离测量装置，其特征在于测定用电磁波扫描装置具有设置在测定用电磁波的轨道内的第一透光窗，同时，接受输出的测定用电磁波由第一透光窗反射的反射光，并从该反射光的反射量上检测出第一透光窗的受污程度，根据被污的程度，能调整上述的测定用电磁波扫描装置发出的光量。

5、根据权利要求2所述的距离测量装置，其特征在于电磁波检测装置具有被设置在上述测定用电磁波的轨道内的第二透光窗，和在扫描开始点附近及扫描结束点附近的测定用电磁波的发射停止期间输出检查用电磁波的检查用电磁波输出装置，上述电磁波检测装置接受从检查用电磁波输出装置输出的由第二透光窗反射的检查用电磁波，并根据所接受到检查用电磁波的量，在测定用电磁波的发射停止期间进行检测第二透光窗受污程度的操作。

6、根据权利要求2所述的距离测量装置，其特征在于电磁波检测装置具有被设置在上述测定用电磁波的轨道内的第二透光窗，和在扫描开始点附近及扫描结束点附近的测定用电磁波的发射停止期间输出检查用电磁波的检查用电磁波输出装置，上述电磁波检测装置接受从检查用电磁波输出装置输出的由第二透光窗反射的检查用电磁波，并根据所接受到的检查用电磁波的量，判断上述电磁波检测装置的功能是否正常。

7、根据权利要求1所述的距离测量装置，其特征在于通过改变扫描角度，从扫描开始点连续地到达扫描结束点边扫描边发出测定用电磁波的测定用电磁波扫描装置;

检测上述发出的测定用电磁波在被检物体的反射点上反射的电磁波的电磁波检测装置;

测定上述测定用电磁波输出后到检测出所需要的时间的同时，根据该时间来求得上述测定用电磁波扫描装置与上述反射点之间的距离的运算装置;其特征在于设置有以与扫描角速度的绝对值成一定比例地来控制电磁波发射装置发射的发射量的发射量控制装置。

8、一种电磁波输出装置，其特征在于包括发射电磁波的电磁波发射装置;

控制上述电磁波发射装置发射的电磁波的发射方向的发射方向控制装置;

检测由上述电磁波发射方向控制装置改变的发射方向的角速度的角速度检测装置;

若由上述的角速度检测装置检测出的角速度变小，就使上述电磁波发射装置发射的电磁波功率变小的电磁波功率控制装置。

9、根据权利要求8所述的电磁波输出装置，其特征在于上述发射方向控制装置是一种从扫描开始点到扫描结束点之间进行往复扫描的装置，上述电磁波功率控制装置是使在往复扫描的两端的电磁波功率为最小的装置。

10、根据权利要求8所述的电磁波输出装置，其特征在于上述电磁波功率控制装置是一种在由上述角速度检测装置检测出的角速度为零时使电磁波发射装置发射的电磁波的功率为零的装置。

Images