使用清除装置的光学测距装置及其方法

本发明涉及使用脉冲光束的光学测距装置及其方法，特别涉及使用清除装置的光学测距装置及其方法。在该清除装置中设有用于传感污染的污染传感装置，该清除装置设于玻璃保护罩前表面上，以便除去所传感到的污染，所设二极管异常情况传感装置使用光电二极管来传感光发射激光二极管的故障，从而监控光发射激光二极管;也使用激光二极管来传感光接收光电二极管的故障，从而监控光接收光电二极管;将从清除装置反射表面反射、然后由光接收光电二极管接收的来自光发射激光二极管的一部分脉冲光束的时间周期转换为误差数据，将此被转换的错差数据从所测到目标的光移动时间减去，该误差数据是由于温度变化、组件的错误操作所引起。

常用测距装置大多适用于用标准测量器件同相应长度相比较来测量到目标的距离。

另一方面，常用光学测距装置是在所测光移动时间和光速基础上测量光移动速度然后测量到目标的距离。距离测量的精确度依光移动时间测量的精度而定。然而，光速每1毫微秒移动30厘米，因而很难精确地测量光移动时间。也即，因为光移动时间非常短，按照外界的变化或组件自身变化以及在用于保护组件的玻璃罩前表面污染水平可使所测光移动时间有所不同。为此，很难准确地测量光移动时间。

换言之，在这样的常用光学测距装置中，玻璃保护罩的前表面可在外界环境下的任何时间被污染，因为它暴露在外。由于作为重要组件的激光二极管的错误操作存在，必须在操作的固定时间周期加以检验。此外，与温度相对应，组件的信号延迟会有变化，如用于接收所发射的光束的组件、将此所接收的光束转换为电信号的组件、将被转换的电信号放大的组件、以及使用该被放 大电信号测量光移动时间的组件的信号延迟皆可有变化。而且，按照产品的差异，还可发生延迟误差。在此情况下，对每一件产品须进行个别调试，以便补偿延迟误差。然而，由于温度缘故所致延迟误差在使用中不能调试，结果在测量中出现误差。本发明就是有鉴于上述问题而作的。

本发明目的在于：提供一种使用清除器件的光学测距装置及其方法，它可使用光学测距装置的汽车碰撞预防系统的性能不致降级;通过二极管异常情况传感装置传感光发射激光二极管的故障和光接收光电二极管的故障;可测量从清除器件的反射表面被反射再由光接收光电二极管接收的来自光发射激光二极管的一部分脉冲光束的时间周期，该所测时间从所测光移动到目标的时间中减去，从而可精确地测量到目标的距离。

本发明目的是这样达到的：按照本发明一方面提供一种光学测距装置，该装置包括：光发射装置、光接收装置、触发信号发生装置、污染传感装置、二极管异常状态传感装置、控制/时间-距离转换装置、清除装置、汽车碰撞预防装置;其中，所述光发射装置用于向目标发射作为测距介质的高功率脉冲信号;所述光接收装置用于接收从目标反射来的光束;所述触发信号发生装置用于发出触发信号，该触发信号指示用于测量光移动时间的开始时间点;所述污染装置用于接收从所述光发射装置发射、然后从安装于装置前侧的玻璃保护罩反射光束的一部分，以便传感所述玻璃保护罩前表面上的污染;所述二极管异常状态传感装置用于接收从所述光发射装置发射、然后从所述玻璃保护罩反射光束的一部分，以便传感在所述光发射装置中的光发射激光二极管的异常状态，并通过所述玻璃保护罩向所述光接收装置发射光束，以便传感在所述光接收装置中的光接收二极管的异常状态;所述控制/时间-距离转换装置用于响应来自所述污染传感装置的输出信号和来自所述二极管异常情况传感装置的输出信号而控制装置的全部操作，还用于响应来自触发信号发生装置的触发信号和来自所述光接收装置的输出信号而测量光移动时间，以及用于将所测光移动时间转换为到目标的距离;所述清除装置用于在所述 控制/时间-距离转换装置的控制下清除在所述玻璃保护罩前表面上的污染;所述汽车碰撞预防装置用于当汽车行驶中有危险情况发生时，在所述控制/时间-距离转换装置的控制下对使用人发出警报并使汽车加速或减速。

按照本发明另一方面，提供一种光学测距方法，该方法包括如下步骤：

（a）驱动激光二极管，使向目标发射光束，接收从所述激光二极管所发射、然后从玻璃保护罩反射的一部分光束，按照所接收的情况传感所述玻璃保护罩前表面上的污染;

（b）传感所述激光二极管的故障;

（c）传感光电二极管的故障，该光电二极管用于接收来自所述激光二极管的光束;

（d）测量由温度变化所致延时值，并在所测延时值的基础上获得到目标的真实距离。

本发明效果良好。按照本发明，能传感为保护本装置内组件所用玻璃保护罩表面上的污染，并用玻璃保护罩检验激光二极管的故障。也设有清除装置，该清除装置用来清除在玻璃保护罩前表面上的污染。此外，可使用清除装置检验激光二极管和光电二极管的故障。这些都具有提高光学测距装置可靠性的作用。

通过以下结合实施例的详细说明将使本发明上述及其它目的、特征和优点更加清楚。

附图1是按照本发明第一实施例使用清除装置的光学测距装置方框图;

附图2是附图1中二极管异常情况传感装置的详细方框图：

附图3示出按照本发明第二实施例使用清除装置的用于传感光发射激光二极管故障的结构图;

附图4示出按照本发明实施例3，使用清除装置来到感光发射激光二极管故障的结构图;

附图5是按照本发明实施例3、使用清除装置的传感光发射激光二极管故障的操作流程图。

附图6是按照本发明实施例3、使用激光二极管情况校验操作 的清除偏移距离值的操作流程图;

附图7是按照本发明实施例1的污染传感装置的操作流程图;

附图8是按照本发明实施例1、使用二极管异常状态传感装置来传感光发射激光二极管的故障操作流程图;

附图9是按照本发明实施例1、使用二极管异常状态传感装置来传感光接收光电二极管的故障的操作流程图。

参照附图1、该图示出本发明第一实施例、用清除装置的光学测距装置方框图，在此图中，清除装置的标号80表示。

如附图1所示，光学测距装置包括：光发射装置20、光接收装置30和触发信号发生装置40、其中，光发射装置20用于向目标10发射作为测距介质的高功率脉冲光束;光接收装置30用于接收从目标10反射来的光束，触发信号发生装置用于发出触发信号，该触发信号指示用于测量光移动时间的开始时间点。

污染传感装置50用于接收一部分光束，该部分光束是从所述光发射装置发射、然后从安装于装置前侧的保护玻璃84反射来的光束，用于传感所述保护玻璃84在反射性上的变化，以及用于按照所传感的结果、判定在所述玻璃保护罩前表面上的污染。

二极管异常状态传感装置用于接收一部分光束，该部分光束是从光发射装置20发射、然后从玻璃保护罩84反射的光束;传感在光发射装置20中的光发射激光二极管21的异常状态和通过玻璃保护罩84向光接收装置30发射光束，以便传感在光接收装置30中的光接收光电二极管33的异常状态。

控制/时间-距离转换装置70用于响应来自污染传感装置50的输出信号和来自二极管异常状态传感装置60的输出信号而控制装置的全部操作;用于响应来自触发信号发生装置40的触发信号和来自光接收装置30的输出信号，而测量光移动时间;并且用于将所测光移动时间转换为到目标的距离。

清除装置用于在所述控制/时间-距离转换装置70的控制下，清除在玻璃保护罩84前表面上的污染。

本光学测距装置还包括汽车碰撞预防装置90，该装置90用于当汽车行驶中有危险情况发生时，在控制/时间-距离转换装置 70的控制下，对使用人发出警报，并使汽车加速或减速。

所述光发射装置20包括：激光二极管21、激光二极管驱动电路22、光发射透镜23，其中，所述激光二极管21作为光源用于发出高功率脉冲光束;所述激光二极管驱动电路22用于响应来自所述控制/时间-距离转换装置70的驱动信号而驱动所述激光二极管21;以及光发射透镜23用于对来自所述激光二极管21的光束聚焦、并且用于在所需角度下扩散该聚焦的光束，以便将其向目标10发射。

光接收装置30包括：光接收透镜31、红外线滤波器32、光电二极管33。所述光接收透镜31用于对从目标10反射的光束聚光;所述红外线滤波器32用于仅通过对应于从光发射装置20所发射的、由光接收透镜31所聚的一部分光束，以便除去从其所生的外部光束;所述光电二极管用于对由红外线滤波器32所过滤的光束进行光电转换操作，以便产生电信号。

光接收装置30还包括放大器34、波形整形电路35，其中，所述放大器34用于对来自光电二极管33的电信号放大;所述波形整形电路35用于将来自放大器34的输出信号转换为数字信号，并且将此转换的数字信号输出到控制/时间-距离转换装置70，从而它能识别该所反射的光信号已受检测。

触发信号发生装置40包括：延时电路41和延时调节单元42，其中，所述延时电路41用于将来自控制/时间-距离转换电路70的驱动信号延迟一段所需时间，并将此延迟驱动信号作为触发信号输出到控制/时间-距离转换装置70;所述延时调整单元42用于改变延时电路41的时间常数，以便调节其延迟时间。

污染传感装置50包括：光电二极管51、放大器52和光量比较器53，其中，所述光电二极管51用于接收从光发射装置20发射、然后从玻璃保护罩84反射的一部分光束，并且将所接收的光束转换为电信号;所述放大器52用于放大来自光电二极管51的电信号;所述光量比较器53用于使来自放大器52的输出信号用基准信号比较，并将合成信号输出到控制/时间-距离转换装置70。

参照附图2，该附图示出附图1中二极管异常状态传感装置60的详细方框图。如图所示，二极管异常状态传感装置60包括激光 二极管61，所述激光二极管61用于通过玻璃保护罩84向光接收装置30发射光束，以便监控在光接收装置30中的光接收光电二极管33，从激光二极管61所发射的光束是红外线，它具有与光接收光电二极管33的接收敏感性相对应的波长。二极管异常状态传感装置60也包括激光二极管驱动电路62、光电二极管63、放大器64和波形整形电路65，其中，所述激光二极管驱动电路用于驱动激光二极管61;所述光电二极管用于接收从光发射装置20发射、然后从玻璃保护罩84反射的一部分光束，以便监控在光发射装置20中的光发射激光二极管21，还用于将所接收的光束转换为电信号;所述放大器64用于放大来自光电二极管63的电信号;所述波形整形电路65用于将来自放大器64的输出信号转换为数字信号并向控制/时间-距离转换装置70输出所转换的数字信号，从而它能识别所反射的光信号已受检测。

参照附图1，清除装置80包括：清除马达驱动器81、清除垫83和清除马达82，其中，所述清除马达驱动器81用于在控制/时间-距离转换装置70的控制下输出马达驱动信号;清除垫83用于沿玻璃保护罩表面横向往复运动，以便除去在其上的污染;清除马达82用于响应来自清除马达驱动器81的马达驱动信号而驱动清除垫83。

按照本发明实施例1、具有上述结构的光学测距装置的操作方法如下。

按照本发明实施例1，玻璃保护罩84安装于光学测距装置的前侧，以便保护本装置中的组件，使它们不受外部环境诸如灰尘、潮气等的侵害。通过传感玻璃防护罩84的反射性变化来判断在玻璃防护罩84前表面的污染。为此，将污染传感装置50设于靠近光发射装置20，以便接收从光发射装置20发射、然后从玻璃保护罩84反射的一部分光束，分析所接收光束的量并按照分析结果判定在玻璃保护罩84前表面上的污染。在污染传感装置50中，光电二极管用于接收从光发射装置20发射、然后从玻璃保护罩84反射的那部分光束;光量比较器53用于分析所接收的光束量。

当玻璃保护罩84清洁时，从光发射装置20发射、然后从玻璃 保护罩84反射的那部分光束的量小;而当玻璃保护罩84不清洁时，上述光束量大。

在污染传感装置50中，光电二极管接收从光发射装置20发射、然后从玻璃保护罩84反射的一部分光束，并将所接收的光束转换为电信号。从光电二极管来的电信号由放大器52放大，然后发送到光量比较器53，基准信号也发送到该光量比较器53。光量比较器53使所接收的光束量同基准信号的电平相比较，以便判定在玻璃防护罩84的前表面上是否有污染。如果所接收的光束大于基准信号的电平，则光量比较器53向控制/时间-距离转换装置70输出指示玻璃保护罩84的污染状态的信号。

当接收到指示玻璃保护罩84污染状态的、来自污染传感装置50的输出信号时，控制/时间-距离转换装置70控制清除马达驱动器81，以便驱动清除马达82。一旦清除马达被驱动，清除垫83把玻璃保护罩84擦干净。当玻璃保护罩的污染状态连续地被判定，甚至在清除垫83把玻璃保护罩84擦干净之后也是这样，则控制/时间-距离转换装置70使装置的全部操作停止，然后通过汽车碰撞预防装置90的显示单元向使用人通报这种情况，以便让他去解决。

详细言之，在清除装置80中，当从控制/时间-距离转换装置接收到控制信号时，清除马达驱动器81驱动清除马达82。当清除马达82转动时，清除垫83沿玻璃保护罩前表面往复横向运动，将其擦净。随后，当未接收到来自控制/时间-距离转换装置的控制信号时，清除垫83在清除马达驱动器81的控制下返回其初始位置，它的操作也停止了。

倘若清除垫83停止操作又未返回到其初始位置，则控制/时间-距离转换装置停止装置的全部操作，并通过汽车碰撞预防装置的显示单元向使用人通报这种情况，以便让他来解决。

按照本发明实施例1也设有二极管异常状态传感装置60，以便传感在光发射电路20内的光发射激光二极管21的异常状态和在光接收装置30内的光接收光电二极管33的异常状态。

为了传感在光发射装置20内的光发射激光二极管21的异常状态，光电二极管63接收到从光发射装置20发射、然后从玻璃保护 罩84反射的一部分光束。也即，当光束从激光二极管21向目标10发射以便测量距离时，其一部分从设于光发射装置20前的玻璃保护罩84反射，因为玻璃保护罩84的透射率并非100%。结果，从玻璃保护罩84反射的光束被光电二极管63所接收。

然后，光电二极管63将所接收的光束转换为电信号。从光电二极管63来的电信号由放大器64放大，然后传送到波形整形电路65。波形整电路65将来自放大器64的输出信号转换为数字信号，并将所转换的数字信号输出到控制/时间-距离转换装置70。

控制/时间-距离转换装置70响应来自波形整形电路65的输出信号而判别光发射激光二极管的异常状态。也即，未收到来自波形-整形电路65的输出信号时，尽管激光二极管驱动信号已发出，控制/时间-距离转换装置70也决定光发射激光二极管21的异常状态，并向使用人报告这种情况，以便让他去解决。

另一方面，为了传感在光接收装置30内的光接收光电二极管33的异常状态，激光二极管驱动电路62驱动激光二极管61，以便向玻璃保护罩84发射光束。因为其透射率的缘故，一部分被发射的光束从玻璃保护罩84反射，随后被光电二极管所接收。

然后，光电二极管33将所接收的光束转换为电信号。该来自光电二极管33的电信号由放大器34所放大，然后传送到波形整形电路35。波形整形电路35将此来自放大器34的输出信号转换为数字信号，并且向控制/时间-距离转换装置70输出被转换的数字信号。

控制/时间-距离转换装置70响应来自波形整形电路35的输出信号而判别光接收光电二极管33的异常状态。也即，当未接收来自波形整形电路35的信号时，尽管激光二极管61已驱动，控制/时间-距离转换装置70也决定光接收光电二极管33的异常状态，并向使用人报告这种情况，使他去解决。

按照本发明第二实施例，光发射激光二极管21的故障可通过使用在清除装置80中的清除垫83来传感，该清除垫83沿玻璃保护罩84前表面反复横向运动，以便除去在其上的污染。

如附图3所示，为了传感光发射激光二极管21的故障，清除垫83在清除马达驱动器81的控制下，从光发射装置20中心朝光接收装置30移动到稍微偏斜的位置。然后，当在激光二极管驱动电路22的控制下，光发射激光二极管21被驱动时，从其所发射的一部分光碰到清除垫83的反射表面，然后再由光接收装置30内的光电二极管33所接收。此时，如未接收到信号，则可判别光发射激光二极管21存在有故障。

按照本发明实施例3，如附图4所示。光发射激光二极管21通过使用在清除装置80中的清除垫来传感，微开关SW1和SW2分别置于初始位置和清除垫83的光反射位置。

为了传感光发射激光二极管21的故障，在清除马达驱动器81的控制下，将清除垫83从光发射装置20朝光接收装置30移动到稍微偏斜的位置。在此情况下，玻璃保护罩84被隔在激光二极管21和光电二极管33之间，因此，从激光二极管21发射的光束不能沿着其表面前进到光电二极管33。微开关SW1和SW2分别被置于初始位置和清除垫83的光反射位置。当清除垫83在清除马达驱动器81控制下达到微开关SW2时，激光二极管21发射光束。也即，当微开关SW2接地而被接通时，激光二极管21发射光束。从激光二极管21所发射的光束从清除垫83的不均匀反射表面被扩散性地反射，并且其中一部分被光电二极管33所接收。此时，如果微开关SW2不在接通位置，则上述操作从清除垫83的初始位置开始重新进行。如果SW2仍不在接通位置，则可判别故障存在于清除马达驱动器81，然后驱动故障报警单元（图中未示），发出警报。

此时，当故障不存在光发射激光二极管21时，由控制/时间-距离转换装置70所测的距离包括由温度变化所致延迟误差、组件的错误操作等。为此，到距离10的真实距离的测量可从所测到目标的距离值减去这样的偏移距离值而得到。也即

真实距离＝所测距离-偏移距离

没有必要经常测量偏移距离值。结果，必须判别是否需要偏移测量。

附图5是按照本发明实施例3使用清除垫80传感光发射激光二 极管21故障的操作流程方框图。在第一步S1，使清除马达驱动器81初始化。在第二步S2，判别微开关SW1是否处于接通位置。如果判别的结果是微开关SW1不在其接通位置上，则确定故障存在于清除马达驱动器81，然后驱动故障报警单元，发出警报。反之，如果在第二步S2判别结果是微开关SW1在接通位置上，则第三步S3判别在是否需要激光二极管状态核对操作。如果判别结果是不需要激光二极管状态核对操作，则操作回到第一步S1。反之，如果判别的结果是需要激光二极管状态核对操作，则向微开关SW2移动清除垫。当清除垫83到达微开关SW2，则在第四步S4判别微开关SW2是否处于其接通状态。如果在第四步S4判别结果是微开关SW2处于其接通状态，则在第五步S5驱动激光二极管，以便发射光束。反之，如果在第四步S4的判别结果是微开关SW2不处于其接通状态，则在第六步S6再度使清除马达驱动器81初始化，以便使清除垫83移动到其初始位置。然后，在第六步S6，判别微开关SW1是否处于其接通状态。如果判别结果是微开关SW1处于其接通状态，则驱动清除垫83，以便进行激光二极管状态核对操作。然后，在第六步S6，判别微开关SW2是否处于其接通位置。如果判别结果是微开关SW2不处于其接通位置，则判别结果是故障存在于清除马达驱动器81，然后驱动故障报警单元，发出警报。反之，如判定结果是微开关SW2处于其接通位置，则完成作为第五步S5的驱动激光二极管21的操作，以便发射光束。当完成第五步S5后，在第七步S7核对光电二极管33是否接收到从激光二极管21发射、然后从清除垫83反射表面反射的一部分光束。如果核对的结果是光电二极管33接收到反射光束，则可决定故障不存在于激光二极管21，操作然后回到第一步S1。反之，如果核对结果是光电二极管未接收到光束，则决定故障存在于激光二极管21，然后驱动故障报警单元，发出警报。

附图6是按照本发明实施例3、使用激光二极管状态核对操作除去偏移距离值的操作流程图。在第一步S1，将清除垫83向用于延时测量的位置移动，并驱动激光二极管21，以便发出光束。在第二步S2核对光电二极管33是否接收到从激光二极管21发射、然 后从清除垫83反射表面反射的光束一部分。如果核对结果是光电二极管没收到光束，则决定故障存在于激光二极管21，然后操作回到第一步S1。反之，如果在第二步S2核对结果是光电二极管33接收到反射光束，则测量偏移距离，使清除垫83回到在第三步S3的初始位置。在第四步S4，驱动激光二极管21，以便发射光束。然后在第四步S4，核对光电二极管是否接收到从目标反射的光束。如果在第四步S4核对的结果是光电二极管33未接收到光束，则在第五步S5判别是否需要偏移测量操作。如果在第五步判别是需要偏移测量操作，则操作回到第一步S1。反之，如果在第五步S5判别是不需要偏移测量操作，则操作回到第四步S4。如果在第四步S4核对的结果是光电二极管接收到从目标10反射回的光束，则在第六步S6测量到目标的距离值。然后在步骤S6，从所测到目标10的距离值减去在第三步S3所测偏移距离值，从而得到目标10的真实距离，然后，操作回到第五步S5。

附图7是按照本发明实施例1的污染传感装置50的操作流程图。在第一步S1，系统初始化，并进行自诊断操作，以便核对系统是否正常。如果在第一步S1核对结果是系统不正常，则操作停止，在第二步S2向使用人报告这种情况。如果在第一步S1核对结果是系统正常，则在第三步S3核对污染是否存在于玻璃保护罩84的前表面。如果在第三步S3核对的结果是污染存在于玻璃保护罩84的前表面，则在第四步S4，驱动清除垫83一段预定时间周期，以便清除在玻璃保护罩84前表面上的污染。在第五步85，核对清除垫83在第四步S4中被驱动一段预定时间周期后是否处于其初始位置。如果在第五步S5核对结果是清除垫83不在其初始位置，则在第六步S6操作停止，并向使用人报告这种情况。进行此第六步S6是为了防止由于清除垫83所致在光束传送和接收上的障碍对系统的坏影响。反之，如果在第五步S5核对的结果是清除垫83在其初始位置上，则在第七步S7核对污染是否存在于玻璃保护罩84的前表面上。如果在第七步S7核对结果是在玻璃保护罩84上并不存在污染，则在第八步S8汽车碰撞预防装置90进行操作。反之，如果在第七步S7核对结果是污染存在于玻璃保护罩84的前表面，则操作回到 第四步S4，以便反复驱动清除垫83直到一段预定最大时间次数。当甚至清除垫83反复被驱动直到预定最大时间次数后、污染仍然存在于玻璃保护罩84的前表面时，则操作停止，并在第九步S9将此情况向使用人报告。

附图8是按照本发明实施例1、使用二极管异常状态传感装置60传感光发射激光二极管21故障的操作流程图。在第一步S1输出激光二极管接通信号并核对来自二极管异常状态传感装置60的输出信号。在第二步S2，使激光二极管的接通信号同来自二极管异常状态传感装置60的输出信号进行逻辑乘，并且核对该逻辑乘信号是否电平高。如果在第二步S2核对的结果是该逻辑乘信号为高电平，则决定激光二极管21是正常的，并且操作在第三步S3正常进行。反之，如果在第二步S2核对的结果是逻辑乘信号是低电平，则决定激光二极管不正常，在第四步S4操作停止并向使用人报告这种情况。

附图9是按照本发明实施例1、使用二极管异常状态传感装置60传感光接收光电二极管33故障的操作流程图。在第一步S1，输出红外线发射二极管接通信号，并核对来自二极管异常状态传感器的输出信号。在第二步S2，将红外线发射二极管接通信号同来自二极管异常状态传感装置60的输出信号进行逻辑乘，并核对该逻辑乘信号是否电平高。如果在第二步S2核对结果是逻辑乘信号是电平高，则决定光电二极管是正常的，操作在第三步S3正常进行。反之，如果在第二步S2核对的结果是逻辑乘信号的电平低，则决定光电二极管33不正常，在第四步S4停止操作并将此情况向使用人报告。

虽然为了阐述目的而公布了本发明最佳实施例，但本行业技术人员将会理解在不脱离本发明如权利要求所公布的范围和精神下，各种变更、附加和替换都是可能的。