CN1194033A - 热辐射检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于检测车辆视觉盲点中物体的热辐射检测装置。采用对温度变化敏感的低成本差值检测器。光学元件对准检测器上两个不同的视场并在两个视场之间转换以便形成盲点视场和参考视场。盲点视场中出现的车辆将导致两个视场之间出现温度差。将得到的检测器输出信号与预定的阈值相比较,然后根据比较的结果提供视觉或听觉指示。本发明提供了几种光学器件和视场转换的实施例。

Description

热辐射检测装置
本发明涉及热辐射检测装置，特别是涉及使用这种装置检测盲点上的物体。
众所周知检测车辆盲点上出现的尾随车辆时存在问题。例如，1992年6月16日授予Gorge Beggs等人(已转让给Auto-Sense Ltd.)的U.S.专利5,122,796中公开了一种采用光电发射器和接收器的有源检测系统。发射器在短波长红外区工作，因此可避免长波长红外线或热辐射源例如热物体的干扰。其利用带通滤波器把检测器限制在发射器的通带上。
作为汽车领域的附加装置，希望其用与汽车主能源系统无关的能源工作。而有源装置象Beggs等人的发射器/检测器系统能耗比较高并且需要将检测系统与车辆的电气系统连接。
已经有人提议使用无源检测系统。例如，本发明人是1995年3月10日申请的PCT国际专利申请PCT/CA95/00134的共同发明人，在该申请中提议采用在安全系统运动检测中作为无源盲点检测器使用的那种热辐射检测器。这种热辐射检测器需要根据温度的变化提供输出信号。
与在运动检测领域中一样，所述的检测器根据发热物体穿越检测器视场时的运动产生输出信号。然而，这种检测器对于相对静止的物体不敏感。因此，如果尾随的车辆保持在固定的相对位置上，那么汽车驾驶员就无法检测到和可能不注意盲点上的尾随车辆。
本发明的目的是提供一种改进的热辐射检测装置。
按照本发明的一个方面，其提供一种热辐射检测装置，该装置能检测盲点上出现的物体，所述装置包括：根据热辐射产生输出信号的检测器；相对于检测器确定第一和第二视场的器件；对测到的视场进行转换并产生总输出信号的器件；和根据总输出信号得出指示最近物体的信号。
按照本发明的另一个方面，其提供一种热辐射检测装置，该装置能检测盲点上出现的物体，所述装置包括：根据接收到的热辐射变化产生输出信号的检测器；相对于检测器确定第一和第二视场的光学器件；对检测视场进行转换并产生总输出信号的光闸；提供适合操作光闸的预定频率之方波的信号发生器；与检测器相连对总信号进行滤波的高通滤波器；与高通滤波器和信号发生器相连以得出物体活动信号的解调器；和把物体活动信号与预定阈值相比较并指示在盲点上出现物体的警示器。
本发明的优点是能够检测盲点上相对静止的物体。本发明的另一个优点是对视场的表面温度变化不太敏感。
通过以下结合附图所进行的描述，将更有利于理解本发明，其中：
图1表示按照本发明一个优选实施例所述的热辐射检测装置；
图2表示将图1中的热辐射检测装置装到前面的车辆上后，用该装置检测出现在视觉盲点上的尾随车辆时的工作情况；
图3示意性地表示图1中的热辐射检测装置上使用的复式菲涅耳透镜；
图4示意性地表示图1所示本发明优选实施例中的检测器使用的电路，用该电路可得到表示出现尾随车辆的信号；
图5a、5b、5c表示从图4所示电路的各级上得到的标准信号波形图；
图6表示热辐射检测器的第二实施例；
图7表示热辐射检测器的第三实施例；
图8表示热辐射检测器的第四实施例。
参照图1，其表示本发明一个实施例所述的盲点检测器。该盲点检测器包括热辐射检测器10，与热辐射检测器10隔开一定距离的菲涅耳透镜12和设置在热辐射检测器10和菲涅耳透镜之间的光闸14。菲涅耳透镜12包括四个透镜元件，即透镜元件16、18、20及22，所述透镜元件16、18和20用于确定检测器10对应于盲点的视场，而透镜元件22用于确定检测器10朝向车辆后面道路上的参考点之视场。光闸14在受复位弹簧26压迫后所能达到的第一位置24和受电磁铁30吸引后所能到达的第二位置28之间转换。在第一位置24上，光闸把视场与和车辆盲点相应的透镜16、18及20隔断并使从透镜元件22上获得的与道路上的参考点相应的视场进入检测器10。当激励电磁铁30使光闸处于位置28时，光闸把视场与透镜元件22隔断并使从透镜元件16、18和20上获得的与车辆盲点相应的视场落到检测器10上。由于检测器10对温度的变化很敏感，所以如果有车辆出现在盲点上，那么光闸在车辆后部道路上的参考点视场与车辆盲点的视场之间转换时将出现温度差。
参照图2，车辆32装有一个本发明所述的盲点检测器34，其沿着公路在车道36上行驶。第二辆车38在相邻的车道40上尾随着第一辆车。盲点检测器34在车辆的盲点内建立大体指向车道40的视场42、44和46以及指向车道36内车辆32后部的参考视场48。视场42、44、46和48分别对应于菲涅耳透镜元件16、18、20和22。对于8-14微米的范围，热辐射检测器10优选采用单个元件的热电检测器例如滨松(Hamamatsu)P4736。作为变型例使用的具有两个检测元件的热电检测器，例如Hynman LAH958可以使用两个检测器中的一个检测器。此外，还可以使用半定制(semicustom)装置。这种装置通常是用与检测元件并联的大电阻例如100GOhm的电阻制成的。这种电阻的下限值可提供在低频下不太敏感的较宽有效带宽。对要求具有约10Hz截止低频的该实施例而言，合适的电阻值约为100MOhm。这些类型的热电检测器对温度的变化敏感而对绝对温度不敏感，所以这种检测器只有在温度变化的情况下才产生输出信号。当在检测器的一个视场中测到发热体例如行驶的车辆时将出现温度变化。在该优选实施例中可借助光闸机构实现盲点视场和参考视场之间的温度变化。用10Hz的恒定频率驱动光闸。工作频率必须低到热电检测器使用的带通范围内而且必须快到能提供告知车辆进入盲点的明显警示。热电检测器的响应范围把最大光闸速度限制在小于50Hz而把检测车辆时所需的下限速度限制在2Hz。在该下限速度下每500毫秒进行一次盲点视场的测量。假设一辆车以20km/h(5.6米/秒)的相对速度驶近，将给出在2.3米取样值之间的距离变化。因此，如果装置的最大检测范围是10米，那么在大约10和7.6米之间将能检测到驶近的车辆。参考视场48对准车辆后部不处于驾驶员盲点的区域，在该区域中通常不对车辆进行定位。对检测器来说，当发热体例如行驶的车辆进入参考视场和盲点视场中时，参考视场48和盲点视场42、44、46之间的转换必然会引起温度变化。
图3表示本发明优选实施例中的菲涅耳透镜。该菲涅耳透镜包括朝向车辆盲点的透镜元件16、18、20和朝向车辆后部道路的透镜元件22。如图2所示，透镜元件16、18、20彼此偏移以提供不同的视场。菲涅耳透镜12还包括围绕透镜区设置的不透明热辐射屏障50。盲点透镜元件16、18和20的全部面积相当于道路透镜22的面积。这样便确保了由三个盲点透镜在空旷的道路上收集的热辐射与仅由道路透镜22收集的热辐射相等。因此只要在整个道路上的道路温度基本恒定，盲点视场的温度就是真实的。
参照图4，其示意性地示出了一个电路，该电路用于驱动光闸机构和从检测器上得到在盲点内出现车辆的指示。在本发明的一个实施例中，该电路包括检测电路52，检测电路52向放大电路54提供输入信号，而放大电路54向解调电路56提供输入信号，解调电路的输出接到通告电路58上。解调电路56由10Hz方波发生器60驱动，方波发生器60同时还驱动光闸的电磁铁30。检测电路包括热电检测器10。从检测器输出的信号通过电容器c1容性耦接到设有两个放大级62和64的放大电路54。放大电路54起高通滤波器的作用，其截止频率约为10Hz。放大电路54的输出作为输入信号送入解调电路56。解调电路56在10Hz方波发生器60输出的10Hz频率作用下工作以便在调制电路内进行转换。带有比较器66和68的通告电路58将解调电路56的输出信号与阈值进行比较以确定盲点内是否有车辆出现和根据确定结果向LED D3输出用驱动信号形式表示的指示信号。
参照图5a、5b、和5c，其表示检测器52、放大器54和解调器56的输出信号波形图，其中在上述信号中叠加了由通告电路58施加的阈值信号。
图5a表示从热电检测器10中输出的标准原始信号波形图。该信号包含了在0.5-1.8秒内从盲点内的汽车上得到的叠加了因道路温度变化而产生的信号。由于因道路变化而引起的背景信号的频率非常低，所以通过高通滤波可以把汽车信号与背景信号分开。放大电路54起截止频率为10Hz的高通滤波器作用并根据图5a的输入信号产生图5b所示的输出信号。然后通过与光闸同步的极性转换对图5b的信号进行解调并产生如图5c所示的检测信号。随后由通告电路58将该信号与阈值信号进行比较以确定在盲点上出现的车辆。
图6、7和8表示热辐射检测器的变型实施例。在图1的优选实施例中，道路表面的参考视场和盲点的视场分别由菲涅耳透镜元件16、18、20和22确定，视场的选择由光闸14执行。还可以使用各种机械式光闸机构，例如振动片或转动式闸片。作为光闸使用的LCD可以在热辐射下工作，但是需要对其进行其它测试。还可以利用下面描述的装置改变检测器10的视场。参照图6，将单个菲涅耳透镜80设置并支撑在振动装置82的一侧。振动装置82可以具有机电或压电特性，在向振动装置82施加驱动信号时，菲涅耳透镜80将在与参考视场和盲点视场对应的两个位置之间振动。由于检测器10对温度变化敏感，所以视场的变化将导致因在盲点上出现车辆而产生的输出信号发生变化。检测器的其它工作情况与优选实施例相同。众所周知，光学元件、透镜与光学元件、反射镜可以互换。所以图6中的菲涅耳透镜可以用凹面镜代替。
图7表示本发明第三实施例中的设备。在第三实施例中，用凹面镜86代替图6中的菲涅耳透镜80。用与菲涅耳透镜相同的方式安装凹面镜86使其在两个视场之间振动。
图8所示的第四实施例使用了固定的光学元件88，例如一个透镜或平面镜，但是它是通过与检测器之间产生的相对于运动来确定两个视场。
虽然图6-图8的实施例描述的是用图1中优选实施例的方波发生器，但是也可以使用其它波形。图6-图8的实施例根据相对位置确定视场，而且如果检测器具有足够的带宽还可以使透镜或检测器在两个位置之间连续运动。例如，MCT(HgCdTe)检测器或带有较低并联电阻(约1MOhm)的热电检测器具有足够的带宽。所以可以用锯齿波来驱动振动装置82以便产生能搜索盲点区的视场。例如，可以从盲点内的较近位置到较远位置对视场进行搜索，由此可以对参考视场和盲点视场进行连续的联合扫描。此外，还可以添加一个相位鉴别器以便确定车辆出现时的相对位置和用不同颜色的多个LED来显示该相对位置。例如，红色、黄色和绿色分别对应于车辆在盲点中的近、中、远位置。
虽然本发明的实施例主要讨论了检测在前面车辆的后视盲点上出现的尾随车辆的内容，但是很显然，本发明也适用于其它领域。例如，可以将本发明装在校车前面以检测司机无法看到的孩子。还可以用本发明检测大卡车后面盲点中的人和车辆，以便在倒车之前提醒司机。
在不超出本发明范围的情况下可以对上述本发明的具体实施例作出各种改进、变换和更改，这些变化均在权利要求的定义内。

Claims (28)

1.一种用于检测盲点上出现之物体的装置，所述装置包括：
根据热辐射产生输出信号的检测器；
相对于检测器确定第一和第二视场的器件；
对视场进行转换并产生总输出信号的器件；和
根据总输出信号得出指示最近物体的信号的器件。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，检测装置包括差值热辐射检测器。
3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所说用于确定第一和第二视场的装置包括带有第一和第二光学元件的光学器件。
4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，所说第一和第二光学元件是菲涅耳透镜。
5.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，所说第一和第二光学元件是凹面镜。
6.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所说用于确定第一和第二视场的装置包括带有单个光学元件的光学器件，所说单个光学元件能够在与第一和第二各视场相应的第一和第二位置之间运动。
7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，光学元件是菲涅耳透镜。
8.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，光学元件是凹面镜。
9.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，光学元件是平面镜而且光学器件进一步包括固定的光学元件。
10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，固定的光学元件是菲涅耳透镜。
11.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，固定的光学元件是凹面镜。
12.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，所说转换装置包括一个光闸，该光闸可在与需要检测的第一和第二视场分别相应的第一和第二位置之间工作。
13.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，光闸包括：设置在检测器和光学器件之间且可绕枢轴转动的不透明面板、把面板压向第一位置的弹簧、和把面板吸到第二位置的电磁铁。
14.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，光闸包括：一个设在检测器和光学器件之间的弹性簧片和一个用于使簧片以预定频率振动的电磁铁。
15.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，光闸包括一个设在检测器和光学器件之间的转动闸片。
16.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，所说转换装置包括使光学器件在与需检测的第一和第二视场分别相应的第一和第二位置之间产生运动的振动器。
17.按照权利要求16所述的装置，其特征在于，振动器是压电装置。
18.按照权利要求16所述的装置，其特征在于，振动器是机电装置。
19.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，用于检测的装置包括第一和第二正比检测器，其中第一和第二视场分别与第一和第二正比检测器相对应。
20.按照权利要求19所述的装置，其特征在于，用于转换的装置包括在所说第一和第二检测器的输出信号之间进行转换的电开关。
21.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，用于得出指示的装置包括高通滤波器。
22.按照权利要求21所述的装置，其特征在于，用于得出指示的装置包括放大器。
23.按照权利要求22所述的装置，其特征在于，用于得出指示的装置包括在预定频率下工作的解调器，所述预定频率与操纵转换装置的频率相对应。
24.按照权利要求23所述的装置，其特征在于，用于得出指示的装置包括通告器。
25.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，用于转换的装置包括预定频率的方波发生器。
26.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，用于转换的装置包括预定频率的方波发生器。
27.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，用于转换的装置包括预定频率的锯齿波发生器。
28.一种用于检测盲点上出现之物体的装置，所述装置包括：
根据接收到的热辐射变化产生输出信号的检测器；
相对于检测器确定所说第一和第二视场的光学器件；
对检测的视场进行转换并产生总输出信号的光闸；
提供适合操作光闸的预定频率之方波的信号发生器；
与检测器相连对总输出信号进行滤波的高通滤波器；
与高通滤波器和信号发生器相连以得出物体活动信号的解调器；和
把物体活动信号与预定阈值相比较并指示在盲点上出现之物体的通告器。
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