專利名稱：障礙物檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種障礙物檢測(cè)器，特別是一種入侵物紅外檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
被動(dòng)式紅外檢測(cè)系統(tǒng)廣泛地用于入侵物檢測(cè)系統(tǒng)中。它們的基本
原理是檢測(cè)遠(yuǎn)紅外輻射(波長(zhǎng)大于10um)。這種輻射是從任何溫暖的 物體如人類、機(jī)動(dòng)車(chē)放射出。相應(yīng)的紅外傳感器一般位于入射窗 (entrance window)后面以保護(hù)傳感器免受環(huán)境損害。
白天，大多數(shù)入侵物檢測(cè)器系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)入侵物可操縱被動(dòng) 式紅外檢測(cè)器從而使其永久地保持不運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。 一種控制方法是用對(duì) 于遠(yuǎn)紅外輻射為不透明但對(duì)視覺(jué)上或近紅外輻射來(lái)說(shuō)為透明的噴霧或 液體遮蓋入射窗。入侵物檢測(cè)系統(tǒng)的維護(hù)人員僅憑一瞥不能看見(jiàn)該噴 霧并且察覺(jué)到被動(dòng)式紅外檢測(cè)器的控制。
根據(jù)EP0660284A1， 一種近紅外發(fā)射器被置于被動(dòng)式紅外檢測(cè)器 的入射窗外側(cè)。發(fā)射器的發(fā)射角度非常寬，并且部分近紅外光可被位 于入射窗后部的近紅外傳感器所檢測(cè)。對(duì)入射窗施加對(duì)于近紅外輻射 是不透明的噴霧，就可輕易被檢測(cè)到。但可使用對(duì)于近紅外輻射來(lái)說(shuō) 是透射的噴霧來(lái)破壞被動(dòng)式紅外檢測(cè)器。
EP0772171A1描述了一種使用衍射面的破壞檢測(cè)系統(tǒng)。來(lái)自光源 的光被衍射面聚焦于檢測(cè)器。對(duì)所述構(gòu)造的衍射面施加噴霧改變了衍 射模式和聚焦點(diǎn)。這就導(dǎo)致檢測(cè)器檢測(cè)到的光強(qiáng)度改變。不幸地，很 難用合成材料便宜地和廣泛地制造該復(fù)雜的衍射面。
US549卯16和EP0817148A1提出使用均位于入射窗外側(cè)的紅外發(fā) 射器和檢測(cè)器。該發(fā)射器的紅外輻射在表面和入射窗的空間內(nèi)散射。 空間內(nèi)的散射占大多數(shù)。反射的部分被近紅外檢測(cè)器所檢測(cè)。施加于 入射窗表面的噴霧部分地改變了入射窗的反射特性并且從而改變了被 近紅外檢測(cè)器所檢測(cè)到的強(qiáng)度。施加于入射窗的噴霧將大致形成光滑
的膜。入射窗與液體的表面特性的差別導(dǎo)致散射至檢測(cè)器的光強(qiáng)度改 變。但是這種改變太微小了?？臻g內(nèi)散射的光的主要部分不受到液體 的影響并且保持不變。因此需要極高靈敏度的檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)這些微小
的變化。EP0817148A1的機(jī)械裝置使用光導(dǎo)分別發(fā)射和檢測(cè)從入射窗 發(fā)出和進(jìn)入的光。這就實(shí)現(xiàn)了光的切線入射，提高了對(duì)施加于入射窗 上的噴霧的感應(yīng)靈敏度，但代價(jià)是復(fù)雜的機(jī)械光導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有如權(quán)利要求1所述特征的障礙物檢測(cè)裝 置，其靈敏度高并且容易制造。
該障礙物檢測(cè)裝置包括光導(dǎo)，光導(dǎo)具有至少一個(gè)形成在其一個(gè)光 導(dǎo)表面中的溝槽。提供光發(fā)射器將光發(fā)射至光導(dǎo)，并且提供至少一個(gè) 光檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)透射穿過(guò)光導(dǎo)的光和/或被光導(dǎo)內(nèi)側(cè)的至少一個(gè)溝槽 所反射的光的強(qiáng)度。此外，該障礙物檢測(cè)裝置包括輸出裝置，用于當(dāng) 強(qiáng)度與參考值之間的差值的絕對(duì)值高于閾值時(shí)輸出警報(bào)信號(hào)。這對(duì)應(yīng) 于較低和較高閾值的使用。
光導(dǎo)具有用于入射和出射光的至少兩個(gè)進(jìn)入面。另一個(gè)表面形成 光導(dǎo)表面。它們已知的原理是相對(duì)于光導(dǎo)表面以較小角度折射入射的 光。這些光導(dǎo)可具有桿狀結(jié)構(gòu)或?yàn)楸∧?。根?jù)本發(fā)明的方案，溝槽形 成于光導(dǎo)表面中。光導(dǎo)中的光線將以與入射光與光導(dǎo)表面的角度相比 更大的角度與溝槽的表面相交。這部分光線因此從光導(dǎo)散射出去。這 就減少了到達(dá)光檢測(cè)器的光量。施加于溝槽的噴霧將其充滿并且光滑 的膜覆蓋了光導(dǎo)表面。大多數(shù)液體的折射率約1.33。光導(dǎo)材料的折射 率約1.4-1.5。因此，各個(gè)折射率差別不大。被充滿的溝槽可被認(rèn)為是 "修復(fù)的"并且形成光滑的光導(dǎo)表面。結(jié)果，光導(dǎo)的質(zhì)量增加并且更 多入射入光導(dǎo)的光透射至光檢測(cè)器。
實(shí)施例和所附權(quán)利要求給出了優(yōu)選方案。
根據(jù)優(yōu)選方案，光導(dǎo)由入侵物紅外檢測(cè)系統(tǒng)的入射窗形成。該入 射窗通常由較小的玻璃薄膜或合成材料形成，從而確保了光導(dǎo)的特性。 該入射窗可為平坦的或任何方向上圍邊的。
溝槽可為細(xì)長(zhǎng)的并且設(shè)置為相對(duì)于平行于光導(dǎo)的主要透射方向的
光導(dǎo)的軸成20至70度角。這些相對(duì)于行進(jìn)光傾斜的溝槽導(dǎo)致部分光 透射而不反射，部分光在溝槽處反射，而另一部分光被溝槽射出光導(dǎo)。 輸出裝置可包括比較透射光的強(qiáng)度與溝槽上反射的光的強(qiáng)度的比較 器。當(dāng)施加噴霧時(shí)，溝槽上反射的光的強(qiáng)度將減小并且透射光的強(qiáng)度 增加。該特征比單純的強(qiáng)度增加或減小更容易檢測(cè)。
光發(fā)射器可設(shè)置成垂直于光導(dǎo)表面的第一區(qū)域發(fā)射光，其中所述 第一區(qū)域?yàn)樯⑸涞?。光?dǎo)表面的第二區(qū)域也可為散射的，并且光檢測(cè) 器被設(shè)置為其檢測(cè)錐(detection cone)垂直于該第二區(qū)域。這就使得 可將光射入光導(dǎo)并且檢測(cè)被光導(dǎo)透射的光或被溝槽反射的光。
可替換地或附加地，在光發(fā)射器與光導(dǎo)之間設(shè)置棱柱和/或在光導(dǎo) 與光檢測(cè)器之間設(shè)置棱柱。該棱柱用于將發(fā)射錐(emission cone)和 檢測(cè)錐減小至光導(dǎo)的進(jìn)入面的尺寸。


本發(fā)明將參照實(shí)施例和下面的附圖進(jìn)行描述。
圖l: 一個(gè)實(shí)施例的三維示意圖2:圖1的實(shí)施例的俯視圖3:無(wú)噴霧的實(shí)施例的定向特性的示意圖4:施加噴霧的實(shí)施例的定向特性的示意圖5:另一個(gè)實(shí)施例的俯視圖6:不施加噴霧的實(shí)施例的截面圖7:圖6的實(shí)施例施加噴霧的截面圖；以及
圖8:圖6的實(shí)施例的俯視圖。
附圖中，幾個(gè)附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的功能。
具體實(shí)施例方式
圖1示出平的光導(dǎo)1的三維示意圖。該光導(dǎo)可被置于入射窗的頂 部。該窗和光導(dǎo)可為圍邊的(curbed)、細(xì)長(zhǎng)的或桿狀的。
紅外光發(fā)射二極管2或任何其它發(fā)光體將光線I射入入射窗1的
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側(cè)面101。該光線I被入射窗1導(dǎo)向在其頂表面IOO與其底表面之間。
這兩個(gè)表面形成了光導(dǎo)表面。
在入射窗1的頂表面100內(nèi)形成棱柱或三角形溝槽10。溝槽10 在頂表面100內(nèi)的方位相對(duì)入射光I傾斜4)角。
入射光I在點(diǎn)P與溝槽IO的側(cè)壁相交。入射光I的一部分將被反 射為反射光R。另一部分將在溝槽10的側(cè)壁上折射，從而離開(kāi)入射窗 1并且進(jìn)入溝槽10的空間內(nèi)?，F(xiàn)在，根據(jù)折射線U的方位和溝槽的幾 何形狀，該折射線U與溝槽10的另一個(gè)側(cè)壁在點(diǎn)Q相交。在點(diǎn)Q， 光線U被反射成光線L，其指向離開(kāi)入射窗1的方向。在點(diǎn)Q， 一部 分被折射入入射窗的內(nèi)部。該二次折射(double-refracted)線將作為 透射光T從入射窗1的側(cè)面102射出。圖2示出上述圖1的俯視圖和 入射窗1。
溝槽IO將入射光I拆分為三部分透射光T，反射光R和散失光 L。透射光和反射光的相對(duì)強(qiáng)度取決于溝槽10的幾何形狀，特別是側(cè) 壁相對(duì)于入射光I的方位以及入射窗1的折射率與充滿溝槽IO的介質(zhì) 的折射率的關(guān)系。
圖3和4也解釋了充滿溝槽10的介質(zhì)的決定作用。在圖3中，入 射窗1被示出。其折射率約1.4-1.5。這是玻璃或透明合成材料的折射 率的一般范圍。溝槽10充滿折射率約1.0的空氣。第一入射光II的 方位平行于導(dǎo)向面100。在點(diǎn)Pl,入射光II被溝槽10的側(cè)壁所反射。 這部分地歸因于入射窗1與空氣的兩個(gè)折射率之間的大的差別。反射 后，光線Ll從導(dǎo)向面100離開(kāi)并且對(duì)于光導(dǎo)1來(lái)說(shuō)散失。第二入射 光12相對(duì)于導(dǎo)向面100偏斜一定角度。該入射光在點(diǎn)P2相對(duì)于側(cè)壁 法線成很小角度地與側(cè)壁相交。入射光I2的主要部分被折射并且取決 于在點(diǎn)Q2與相對(duì)側(cè)壁相交的幾何形狀。該側(cè)壁將光線E2的一部分反 射為散失光L2并且將其它部分折射回入射窗1。后面的這部分可被檢 測(cè)為透射光T2。因此，透射光的強(qiáng)度小于入射光Il， 12。
在圖3中，入射窗1被液體或噴霧11覆蓋。假設(shè)液體完全地充滿 溝槽10并且形成平行于入射窗1的頂表面100的平面110。大多數(shù)液 體(如水)具有約1.3的折射率。因此其與入射窗的折射率的差值小
于空氣的折射率(1.0)與入射窗(1.4-1.5)之間的差值。進(jìn)入入射窗 1的入射光I3類似于入射光I1,具有平行于頂表面100的方位，它不 會(huì)在溝槽10的側(cè)壁完全地被反射。入射光13在點(diǎn)P3被折射，但其方 向僅略微改變了，因?yàn)槿肷浯芭c液體兩個(gè)透射率之間的差值很小。因 此，入射光I3基本上完全地被透射為透射光T3。入射光I4類似于入 射光Il，相對(duì)于頂表面100傾斜。入射光I4在點(diǎn)P4離開(kāi)入射窗。因 此它將在頂表面110被反射并且重新進(jìn)入入射窗1?？諝馀c液體的折 射率差值不足以完全地反射這些相對(duì)頂表面110的法線成較大角度的 入射光I4。因此，大多數(shù)入射光I4被透射為透射光T4。
比較圖3和圖4，示出當(dāng)液體被施加于入射窗1的頂表面及其溝 槽10時(shí)透射光的強(qiáng)度明顯增大。
在圖1和2中示出部分入射光被溝槽10的側(cè)壁所反射。根據(jù)光 學(xué)原理，兩個(gè)介質(zhì)之間的界面的反射率與介質(zhì)的透射率的商大致成比 例。噴霧的折射率相對(duì)于入射窗的折射率的差值比空氣的折射率相對(duì) 于后者的差值更小。因此當(dāng)液體被施加于入射窗的頂表面100時(shí)反射 光的強(qiáng)度減小了。
可使用多種電路或數(shù)據(jù)加工方法來(lái)確定液體是否存在于入射窗 上，并且可輸出警報(bào)信號(hào)。
可設(shè)置檢測(cè)器3來(lái)檢測(cè)透射光T。如果強(qiáng)度低于預(yù)定的閾值，警 報(bào)信號(hào)輸出。對(duì)于該方法，入射光I的強(qiáng)度需要穩(wěn)定或者閾值需要相 對(duì)于該入射光I的強(qiáng)度被校正。不檢測(cè)透射光T的強(qiáng)度，可檢測(cè)反射 光R的強(qiáng)度。這樣，強(qiáng)度降低高于閾值時(shí)啟動(dòng)警報(bào)信號(hào)的輸出。 一種 更成熟的方法是同時(shí)測(cè)定透射和反射。確定透射光與反射光強(qiáng)度的商。 如果該商降低低于和/或增高高于各個(gè)閾值，輸出警報(bào)信號(hào)。該方法與 入射光I的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。
圖5示出在其頂表面100內(nèi)形成多個(gè)溝槽10a的入射窗1。每個(gè) 溝槽都有助于光線的反射并且從而增強(qiáng)了指示液體是否施加于入射窗 1的頂表面100的信號(hào)。這有助于本實(shí)施例的靈敏性。
圖6和7示出具有散射區(qū)域20的入射窗1?？赏ㄟ^(guò)刮擦或砂磨頂 表面100來(lái)提供這些散射區(qū)域20。入射光16被導(dǎo)向?yàn)榇怪比肷浯暗捻?br> 表面IOO。但是散射區(qū)域20幾乎在所有方向上再分配了該入射光。部 分入射光I6被入射窗1導(dǎo)向。當(dāng)光穿過(guò)溝槽10時(shí)，其強(qiáng)度減小(或 如圖7所示保持基本恒定)。第二散射區(qū)域21設(shè)置在檢測(cè)器3的對(duì)面。 透射和導(dǎo)向光的一部分被重新導(dǎo)向?yàn)橥干涔釺7并且被檢測(cè)器3記錄。
散射器22可被設(shè)置在光發(fā)射器2與入射窗1的底表面之間從而增 強(qiáng)入射窗1內(nèi)的導(dǎo)光量。散射器必須與光發(fā)射器適當(dāng)?shù)亟佑|，二者之 間不能有任何氣隙。該散射器附加地或取代散射區(qū)域20、 21被使用。
棱柱30可被置于側(cè)面101和光發(fā)射器2之間。棱柱30的較寬面 收集了大部分發(fā)射的光19。棱柱30的側(cè)面引導(dǎo)光并且使其相對(duì)于入射 窗1的直徑校準(zhǔn)。
上述實(shí)施例可用作紅外線探測(cè)器的入射窗。在另一個(gè)實(shí)施例中， 光導(dǎo)形為單獨(dú)的膜并且被置于入射窗的頂部。因此光導(dǎo)和入射窗的光 學(xué)特性可單獨(dú)地選擇。光導(dǎo)必須為在可見(jiàn)的和近紅外范圍是透明的。 但要求入射窗必須在該范圍內(nèi)是不透明的。這借助兩種不同材料的夾 心結(jié)構(gòu)可輕易實(shí)現(xiàn)。要了解，這兩種材料必須在遠(yuǎn)紅外范圍內(nèi)是透明 的。光導(dǎo)可由聚乙烯或聚丙烯形成。
上述實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可對(duì)上述 方案輕易地進(jìn)行改變而不具有創(chuàng)造性。
溝槽10可被定向?yàn)榇怪比肷涔釯。
不用長(zhǎng)條的溝槽，可使用短溝槽或錐形的溝槽。溝槽的截面形狀 可為任何形狀。其它形狀是橢圓形和圓形。
散射區(qū)域損失的那部分光可用于檢測(cè)外殼碰撞。紙片或其它任何 硬質(zhì)外殼反射了至少部分損失的光。該反射光被光檢測(cè)器或其它光檢 測(cè)器所檢測(cè)。高于預(yù)定閾值的增加將引發(fā)警報(bào)。
權(quán)利要求
1、一種用于入侵物紅外檢測(cè)系統(tǒng)的障礙物檢測(cè)裝置，包括光導(dǎo)(1)，具有形成于光導(dǎo)(1)的一個(gè)光導(dǎo)表面(100)中的至少一個(gè)溝槽(10)；用于將光射入光導(dǎo)(1)內(nèi)的光發(fā)射器(2)；至少一個(gè)光檢測(cè)器(3，4)，用于檢測(cè)穿過(guò)光導(dǎo)(1)的透射光(T)的強(qiáng)度和／或被光導(dǎo)(1)內(nèi)側(cè)的至少一個(gè)溝槽(10)所反射的反射光(R)的強(qiáng)度；輸出裝置，用于當(dāng)強(qiáng)度與參考值之間的差值的絕對(duì)值超過(guò)閾值時(shí)輸出警報(bào)信號(hào)。
2、 如權(quán)利要求1所述的障礙物檢測(cè)裝置，其中光導(dǎo)被設(shè)置在所述 入侵物紅外檢測(cè)系統(tǒng)的入射窗(1)的頂部。
3、 如權(quán)利要求2所述的障礙物檢測(cè)裝置，其中溝槽(10)為細(xì)長(zhǎng) 的并且設(shè)置為相對(duì)于光導(dǎo)(1)的軸線成20至70度角，所述軸線平行 于光導(dǎo)(1)的主透射方向。
4、 如權(quán)利要求3所述的障礙物檢測(cè)裝置，其中輸出裝置包括比較 器，用于比較透射光(T)的強(qiáng)度與溝槽(10)處反射光(R)的強(qiáng)度。
5、 如任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的障礙物檢測(cè)裝置，其中溝槽 (10)具有三角形或半橢圓形截面。
6、 如任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的障礙物檢測(cè)裝置，其中光發(fā)射 器(2)被設(shè)置為垂直于光導(dǎo)表面(100)的第一區(qū)域(20)發(fā)射光， 所述第一區(qū)域(20)為散射的。
7、 如任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的障礙物檢測(cè)裝置，其中光檢測(cè) 器(2)被設(shè)置為其檢測(cè)錐垂直于光導(dǎo)表面(100)的第二區(qū)域(21)， 所述第二區(qū)域(21)為散失的。
8、 如任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的障礙物檢測(cè)裝置，其中在光發(fā) 射器(2)與光導(dǎo)(1)之間設(shè)置棱柱和/或在光導(dǎo)(1)與光檢測(cè)器(3) 之間設(shè)置棱柱。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種障礙物檢測(cè)裝置。它包括具有形成于光導(dǎo)的一個(gè)光導(dǎo)表面內(nèi)的至少一個(gè)溝槽的光導(dǎo)。提供光發(fā)射器將光發(fā)射至光導(dǎo)，并且提供至少一個(gè)光導(dǎo)檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)透射穿過(guò)光導(dǎo)的光和/或被光導(dǎo)內(nèi)側(cè)的至少一個(gè)溝槽所反射的光的強(qiáng)度。此外，該障礙物檢測(cè)裝置包括當(dāng)強(qiáng)度與參考值之間的差值的絕對(duì)值高于閾值時(shí)用于輸出警報(bào)信號(hào)的輸出裝置。
文檔編號(hào)G08B29/04GK101366062SQ200680052397
公開(kāi)日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2006年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月6日
發(fā)明者M·里夏爾 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司