DE102017221529B4 - Photoelectric sensor - Google Patents
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Abstract
Optoelektronischer Sensor (100), insbesondere LiDAR Makroscanner, umfassend
- eine Mehrzahl von Sendeplatinen (132), wobei jede Sendeplatine (132) zumindest eine optische Sendeeinheit aufweist,
- mindestens eine Halteeinrichtung (120, 130), in die die Sendeplatinen (132) eingesteckt sind,
wobei ein Messbereich (200) des Sensors (100) durch die Ausrichtung der Sendeplatinen (132) zueinander bestimmt wird,
wobei
die Halteeinrichtung (120, 130) derart anpassbar ist, dass die relative Ausrichtung der Sendeplatinen (132) zueinander veränderbar ist, wodurch ein Messbereich (200) und/oder eine Auflösung des Sensors (100) anpassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Krümmung, insbesondere eine vertikale und/oder eine horizontale Krümmung, der Halteeinrichtung (120, 130) anpassbar ist.
Optoelectronic sensor (100), in particular LiDAR macro scanner, comprising
- A plurality of transmission boards (132), each transmission board (132) having at least one optical transmission unit,
- At least one holding device (120, 130) into which the transmitter boards (132) are inserted,
wherein a measuring range (200) of the sensor (100) is determined by the alignment of the transmitter boards (132) to one another,
in which
the holding device (120, 130) is adaptable in such a way that the relative alignment of the transmitter boards (132) to one another can be changed, whereby a measuring range (200) and / or a resolution of the sensor (100) can be adapted, characterized in that a curvature, in particular a vertical and / or a horizontal curvature to which the holding device (120, 130) can be adapted.
Description
Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor, insbesondere einen LiDAR Makroscanner mit einer Mehrzahl von Sendeplatinen. Der optoelektronische Sensor ist derart ausgebildet, dass ein Messbereich (Field-of-View) adaptiv eingestellt werden kann.The invention relates to an optoelectronic sensor, in particular a LiDAR macro scanner with a plurality of transmission boards. The optoelectronic sensor is designed in such a way that a measuring range (field-of-view) can be set adaptively.
Stand der TechnikState of the art
Die
Verschiedene Fahr-Umgebungen insbesondere im Kontext des hochautomatisierten bzw. autonomen Fahrens stellen verschiedene Anforderungen an das System aus Sensoren, die das Fahrzeugumfeld konstant beobachten. Ein typischerweise zur Umfelderfassung eingesetzter Sensortyp ist ein Laserscanner, insbesondere ein LiDAR Makroscanner, Idealerweise wird nur ein einziger Typ Makroscanner in das System verbaut, aus Gründen der Rentabilität beispielsweise beim Einbau, dem Auslesen und der in der Produktion.Different driving environments, especially in the context of highly automated or autonomous driving, place different demands on the system of sensors that constantly monitor the vehicle environment. A type of sensor typically used to detect the surroundings is a laser scanner, in particular a LiDAR macro scanner. Ideally, only a single type of macro scanner is built into the system, for reasons of profitability, for example during installation, reading and production.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren sind was den Messbereich, auch als Field-of-View (kurz FoV) bezeichnet, und die Messauflösung betrifft üblicherweise derart ausgelegt, eine bestimmte Art von Fahrszenarien zu adressieren.The sensors known from the prior art are, with regard to the measurement range, also referred to as field-of-view (FoV for short), and the measurement resolution is usually designed in such a way as to address a certain type of driving scenario.
So sind zum Beispiel Sensortypen bekannt, die ausgelegt sind auf kurze Distanzen (z.B. 5-10 m) hochaufgelöste Bilder zu detektieren. Jedoch ist es mit derartigen Sensoren fast unmöglich ein Objekt in mehr als 60 m Entfernung zu detektieren. Gemäß dem Stand der Technik wird eine höhere Auflösung durch den Einbau von mehreren Sende- bzw. Empfangsplatinen erreicht. Je mehr Sende- bzw. Empfangsplatinen verbaut werden, desto größer, schwerer und üblicherweise auch kostspieliger wird das System. Ein weiteres Problem ergibt sich, z.B., wenn sich ein Fahrzeug mit einem LiDAR Sensor (Makroscanner) auf einer Straße mit Steigung bewegt. In diesem Fall werden viele Messebenen des Sensors auf den Boden treffen und somit keine verwertbaren Messdaten liefern.For example, sensor types are known that are designed to detect high-resolution images over short distances (e.g. 5-10 m). However, with such sensors it is almost impossible to detect an object more than 60 m away. According to the state of the art, a higher resolution is achieved by installing several transmitting and receiving boards. The more transmitter and receiver boards that are installed, the larger, heavier and usually more expensive the system becomes. Another problem arises, e.g. when a vehicle with a LiDAR sensor (macro scanner) moves on a road with an incline. In this case, many measuring levels of the sensor will hit the ground and thus not provide any usable measurement data.
Um den verschiedenen Anforderungen mit nur einem Sensor gerecht zu werden, soll eine adaptive Anpassung des vertikalen Field of Views (FoV) respektive die Auflösung des vertikalen FoVs auf das Fahrszenario anpassbar sein. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist demnach die optimale Nutzung eines vorhandenen Sensoraufbaus, insbesondere der vorhandenen Sendeplatinen, um verschiedene vertikale Field of Views und Auflösung zu erzielen.In order to meet the various requirements with just one sensor, it should be possible to adapt the vertical Field of Views (FoV) or the resolution of the vertical FoV to the driving scenario. The object of the present invention is accordingly the optimal use of an existing sensor structure, in particular the existing transmitter boards, in order to achieve different vertical fields of views and resolution.
Die
Die
Die
Die
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Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein optoelektronischer Sensor, insbesondere ein LiDAR Makroscanner vorgeschlagen. Der optoelektronische Sensor umfasst
- - eine Mehrzahl von Sendeplatinen, wobei jede Sendeplatine zumindest eine optische Sendeeinheit aufweist,
- - mindestens eine Halteeinrichtung, in die die Sendeplatinen eingesteckt sind, wobei ein Messbereich des Sensors durch die Ausrichtung der Sendeplatinen zueinander bestimmt wird.
- - A plurality of transmitter boards, each transmitter board having at least one optical transmitter unit,
- - At least one holding device into which the transmitter boards are inserted, a measuring range of the sensor being determined by the alignment of the transmitter boards with respect to one another.
Erfindungsgemäß ist die Halteeinrichtung, beispielsweise durch Beaufschlagung mit einem Steuersignal, derart anpassbar, dass die relative Ausrichtung der Sendeplatinen zueinander veränderbar ist, wodurch ein Messbereich und/oder eine Auflösung des Sensors anpassbar ist.According to the invention, the holding device can be adapted, for example by applying a control signal, in such a way that the relative alignment of the transmitter boards to one another can be changed, as a result of which a measuring range and / or a resolution of the sensor can be adapted.
Durch die Anpassbarkeit der relativen Ausrichtung der Sendplatinen, kann ein Messbereich und/oder eine Auflösung des Sensors gezielt verändert werden und den aktuellen Anforderungen und Gegebenheiten optimal angepasst werden. Die Anpassbarkeit der relativen Ausrichtung der Sendplatinen wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine Halteeinrichtung, in die die Sendeplatinen eingesteckt sind, angepasst wird, insbesondere indem eine Krümmung, insbesondere eine vertikale und/oder horizontale Krümmung, der Halteeinrichtung verändert wird.Due to the adaptability of the relative alignment of the sending boards, a measuring range and / or a resolution of the sensor can be changed in a targeted manner and optimally adapted to the current requirements and conditions. The adaptability of the relative alignment of the sending boards is achieved according to the invention in that a holding device into which the sending boards are inserted is adapted, in particular by changing a curvature, in particular a vertical and / or horizontal curvature, of the holding device.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines optoelektronischen Sensors ergeben sich die Vorteile, dass der Messbereich (Field of View), insbesondere der diskrete, vertikalen Field of View an das aktuelle Fahrszenario angepasst werden kann. Weiterhin kann die Auflösung innerhalb des vertikalen Field of Views an das aktuelle Fahrszenario angepasst werden. Damit ergibt sich eine optimale Nutzung der vorhandenen Komponenten eines vorhandenen Sensors und es müssen beispielsweise keine unterschiedlichen Sensoren oder Sensorkomponenten für unterschiedliche Fahrszenarien vorgesehen werden. Dadurch, dass insgesamt weniger Komponenten verbaut werden müssen, kann der Sensor kostengünstiger, leichter und kleiner ausgebildet werden.The inventive design of an optoelectronic sensor results in the advantages that the measurement area (field of view), in particular the discrete, vertical field of view, can be adapted to the current driving scenario. Furthermore, the resolution within the vertical field of views can be adapted to the current driving scenario. This results in an optimal use of the existing components of an existing sensor and, for example, no different sensors or sensor components have to be provided for different driving scenarios. Because fewer components have to be installed overall, the sensor can be made more cost-effective, lighter and smaller.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die Halteeinrichtung derart voreingestellt, dass sich bei Normalbedingungen (also z.B. ohne zusätzliches Heizen oder Kühlen) eine Ausrichtung der Sendeplatinen zueinander ergibt, die einen Messbereich (Field of View) und/oder eine Auflösung ergibt, die den meisten Fahrsituationen angemessen ist, z.B. dem urbanen Fahren. Insbesondere kann eine bestimmte Krümmung oder Biegung der Halteeinrichtung voreingestellt werden.In a particularly advantageous embodiment, the holding device is preset in such a way that under normal conditions (i.e. without additional heating or cooling, for example) the transmitter boards are aligned with one another, which results in a measurement range (field of view) and / or a resolution that most driving situations is appropriate, e.g. for urban driving. In particular, a certain curvature or bending of the holding device can be preset.
Die Halteeinrichtung ist bevorzugt eine Platte oder Platine die im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist und mehrere Schlitze oder Öffnungen aufweist, in die die Sendeplatinen eingesteckt sind. Die Halteeinrichtung ist dabei bevorzugt derart angeordnet, dass sie im Wesentlichen parallel zu einer Hauptachse bzw. The holding device is preferably a plate or circuit board which is essentially rectangular and has a plurality of slots or openings into which the transmission circuit boards are inserted. The holding device is preferably arranged in such a way that it is essentially parallel to a main axis or
Drehachse des Sensors angeordnet ist. Im Wesentlichen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass keine exakte Parallelität vorliegt, da die Halteeinrichtung bevorzugt eine insbesondere veränderbare Krümmung oder Biegung aufweist durch die die Ausrichtung der eingesteckten Sendeplatinen zueinander angepasst wird.The axis of rotation of the sensor is arranged. In this context, essentially means that there is no exact parallelism, since the holding device preferably has an in particular changeable curvature or bend by means of which the alignment of the inserted transmitter boards is adapted to one another.
Der Sensor weist bevorzugt ein Gehäuse auf, wobei die Halteeinrichtung und die Sendeplatinen innerhalb des Gehäuses angeordnet sind.The sensor preferably has a housing, the holding device and the transmitter boards being arranged within the housing.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Halteeinrichtung dazu mindestens ein Bimetallelement auf oder ist als Bimetallelement ausgebildet. Ein Bimetallelement (auch als Thermobimetall bezeichnet) umfasst üblicherweise zwei Schichten unterschiedlicher Metalle, die miteinander stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden sind. Charakteristisch ist die Veränderung der Form bei Temperaturänderung. Diese äußert sich als Verbiegung. Ursache ist der unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizient der verwendeten Metalle. Beispielsweise kann die Halteeinrichtung als Bimetallplatine ausgebildet sein. Weiterhin weist die Haltevorrichtung mindestens eine Heizvorrichtung und/oder mindestens eine Kühlvorrichtung auf. Mittels der Heizvorrichtung bzw. der Kühlvorrichtung wird das Bimetallelement beheizt bzw. gekühlt. Durch den Effekt, dass sich unterschiedliche Metalle (Bimetall) bei Temperaturänderung unterschiedlich starke Volumenänderungen erfahren, ändert sich somit bei Temperaturänderung eine Krümmung der Halteeinrichtung. Die in die Halteeinrichtung eingesteckten Sendeplatinen bewegen sich durch die Änderung der Krümmung aufeinander zu oder voneinander weg, so dass der Messbereich des Sensors eingeengt oder aufgeweitet wird.In a preferred embodiment of the invention, the holding device has at least one bimetal element or is designed as a bimetal element. A bimetal element (also referred to as a thermal bimetal) usually comprises two layers of different metals that are connected to one another in a materially or form-fitting manner. The change in shape with a change in temperature is characteristic. This manifests itself as a bending. The cause is the different coefficient of thermal expansion of the metals used. For example, the holding device can be designed as a bimetallic plate. Furthermore, the holding device has at least one heating device and / or at least one cooling device. The bimetal element is heated or cooled by means of the heating device or the cooling device. Due to the effect that different metals (bimetal) experience volume changes of different magnitude when the temperature changes, a curvature of the holding device changes when the temperature changes. The transmission boards inserted into the holding device move towards or away from one another due to the change in curvature, so that the measuring range of the sensor is narrowed or widened.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung sind mehrere Haltevorrichtungen vorgesehen, wobei wenigstens eine Halteeinrichtung zwei oder mehrere thermisch voneinander isolierte Teilebereiche aufweist. Jeder Teilbereich weist wiederrum ein Bimetallelement auf. Die Teilbereiche sind unabhängig voneinander kühlbar und/oder heizbar ausgebildet. Diese Ausführung weist den Vorteil auf, dass durch unterschiedliche Beheizung bzw. Kühlung der Teilbereiche zusätzlich ein Kippwinkel des Sensormessbereichs verändert und durch entsprechende Anpassung der Temperaturen der Teilbereiche definiert angepasst werden kann.In a further preferred embodiment of the invention, several holding devices are provided, at least one holding device having two or more thermally insulated part areas. Each sub-area in turn has a bimetal element. The sub-areas can be cooled and / or heated independently of one another educated. This embodiment has the advantage that, through different heating or cooling of the sub-areas, a tilt angle of the sensor measurement area can also be changed and can be adapted in a defined manner by appropriate adaptation of the temperatures of the sub-areas.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Anpassung eines Messbereichs eines optoelektronischen Sensors vorgeschlagen, wobei der optoelektronische Sensor wie oben beschrieben ausgebildet ist. Erfindungsgemäß wird die Ausrichtung der Sendeplatinen zueinander durch Einstellung einer Krümmung der Halteeinrichtung angepasst.According to a second aspect of the invention, a method for adapting a measuring range of an optoelectronic sensor is proposed, the optoelectronic sensor being designed as described above. According to the invention, the alignment of the transmitter boards with respect to one another is adapted by adjusting a curvature of the holding device.
Durch eine Veränderung eines Krümmungsradius der Halteeinrichtung wird bevorzugt eine Auflösung und/oder eine Reichweite des Sensors verändert bzw. eingestellt.By changing a radius of curvature of the holding device, a resolution and / or a range of the sensor is preferably changed or set.
Wenn der der optoelektronische Sensor derart ausgebildet ist, dass wenigstens eine Halteeinrichtung zwei oder mehrere thermisch voneinander isolierte Teilebereiche aufweist wobei jeder Teilbereich wiederrum ein Bimetallelement aufweist, so ist in einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens vorgesehen, dass die Teilbereiche unabhängig voneinander gekühlt und/oder geheizt werden, wobei durch das selektive Heizen und/oder Kühlen mindestens zweier verschiedener Teilbereiche der Halteeinrichtung ein Kippwinkel des Messbereichs des Sensors eingestellt wird.If the optoelectronic sensor is designed in such a way that at least one holding device has two or more thermally insulated partial areas, each partial area in turn having a bimetal element, a preferred embodiment of the method provides that the partial areas are cooled and / or heated independently of one another , whereby a tilt angle of the measuring range of the sensor is set by the selective heating and / or cooling of at least two different partial areas of the holding device.
Bevorzugt wird ein Steuersignal zur Einstellung einer Krümmung der Halteeinrichtung, also zur Einstellung einer bestimmten relativen Ausrichtung der Sendeplatinen, abhängig von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einer Fahrbahnsteigung und/oder einer Ortsinformation erzeugt wird. Der Messbereich und/oder die Auflösung des optoelektronischen Sensors wir also abhängig von der aktuellen Fahrsituation angepasst, indem die Sendeplatinen entsprechend ausgerichtet werden.A control signal for setting a curvature of the holding device, that is to say for setting a specific relative orientation of the transmission boards, is preferably generated as a function of a current vehicle speed and / or a road gradient and / or location information. The measuring range and / or the resolution of the optoelectronic sensor are therefore adapted depending on the current driving situation by aligning the transmitter boards accordingly.
Es kann vorkommen, dass während des Betriebs des Sensors die Temperatur im Inneren des Gehäuses des Sensors nicht die zur Einstellung einer gewünschten Krümmung oder Biegung der insbesondere ein Bimetallelement umfassenden oder als Bimetallelement ausgebildeten Halteeinrichtung nötige Betriebstemperatur ist. Dies kann beispielsweise beim Starten des Fahrzeugs nach längerem Stehen auftreten. In diesem Fall können verschiedene Kompensationsmechanismen angewandt werden. Beispielsweise kann dem Bimetall entsprechend mehr Energie zugeführt werden, bis die notwendige Ausdehnung erreicht ist. Alternativ kann eine mechanisch gegenläufige Kompensation (gegenläufiges Verhalten zu dem verwendeten Bimetall) als Temperaturkompensator an den Pivotpunkten verbaut werden um somit die globalen Temperaturschwankungen zu kompensieren. Pivotpunkte sind die Punkte, an denen die Halteeinrichtung form-/stoffschlüssig mit einem Sensor Chassis verbunden ist. Es ist auch eine Kombination aus beiden Verfahren denkbar. Dazu ist bevorzugt ein Temperaturfühler im Inneren des Gehäuses des Sensors angeordnet, der mit einem entsprechenden Regelkreis verbunden ist.It can happen that, during the operation of the sensor, the temperature inside the housing of the sensor is not the operating temperature required to set a desired curvature or bend of the holding device, in particular comprising a bimetal element or designed as a bimetal element. This can occur, for example, when starting the vehicle after standing for a long time. In this case, various compensation mechanisms can be used. For example, more energy can be supplied to the bimetal until the necessary expansion is achieved. Alternatively, a mechanically opposite compensation (opposite behavior to the bimetal used) can be installed as a temperature compensator at the pivot points in order to compensate for the global temperature fluctuations. Pivot points are the points at which the holding device is positively / cohesively connected to a sensor chassis. A combination of both methods is also conceivable. For this purpose, a temperature sensor is preferably arranged in the interior of the housing of the sensor, which is connected to a corresponding control circuit.
FigurenlisteFigure list
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1 stellt einen Lidar Makroscanner gemäß dem Stand der Technik in Seitenansicht dar.1 shows a lidar macro scanner according to the prior art in side view. -
2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Halteeinrichtung, die zwei verschiedene Metalle aufweist.2 shows a schematic diagram of a holding device which has two different metals. -
3 stellt verschiedene Fahrszenarien schematisch dar. Auf der rechten Seite sind die gewünschten Messbereiche für die verschiedenen Fahrszenarien schematisch gezeigt.3 shows various driving scenarios schematically. On the right-hand side, the required measuring ranges for the various driving scenarios are shown schematically. -
4 zeigt eine Darstellung einer zweiten Ausrichtungsmöglichkeit der Platinen mit einer zweiten Halteeinrichtung gemäß eines möglichen Ausführungsbeispiels der Erfindung.4th shows a representation of a second possibility of aligning the blanks with a second holding device according to a possible embodiment of the invention. -
5 zeigt eine Prinzipdarstellung der Auswirkung der adaptiven Field of View Anpassung durch Ausrichtung der Sendeplatinen gemäß eines möglichen Ausführungsbeispiels der Erfindung.5 shows a schematic diagram of the effect of the adaptive field of view adaptation by aligning the transmission boards according to a possible embodiment of the invention. -
6 stellt ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Anpassung eines Messbereichs eines optoelektronischen Sensors gemäß der Erfindung als Ablaufdiagramm dar.6th represents an exemplary embodiment of a method according to the invention for adapting a measuring range of an optoelectronic sensor according to the invention as a flow chart.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente gegebenenfalls verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the exemplary embodiments of the invention, the same elements are denoted by the same reference numerals, and a repeated description of these elements may be dispensed with. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.
Die Hauptplatine ist als ebene Platte ausgebildet, die parallel zu einer Drehachse des Sensors
In
Kann wie in dem gezeigten Beispiel direkt an der Halteeinrichtung
Can be attached directly to the holding device, as in the example shown
Bewegt sich ein Fahrzeug, das mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten optoelektronischen Sensor in einer urbanen Umgebung, so kann die voreingestellte Krümmung („Null“-Position) der Sendeplatinen
In
In
In
In einer zweiten Konfiguration
In einer dritten Konfiguration
Mit abnehmender Krümmung der Halteeinrichtung
Die zweite Halteeinrichtung
In
Ergibt die Überprüfung, dass sich keine Änderung der Fahrsituation ergeben hat, so wird die Erfassung der Umgebung in Schritt
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2017
- 2017-11-30 DE DE102017221529.1A patent/DE102017221529B4/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |