DE102006044794A1

DE102006044794A1 - Fahrzeugbasiertes Lidar-System

Info

Publication number: DE102006044794A1
Application number: DE102006044794A
Authority: DE
Inventors: Bernd Mack
Original assignee: Odelo GmbH
Current assignee: Odelo GmbH
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2008-03-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein fahrzeugbasiertes Lidar-System mit einer Sendeeinheit (20) und einer Empfängereinheit (26). Erfindungsgemäß ist die Sendeeinheit (20) in eine Fahrzeugleuchte (12) integriert.

Description

Die Erfindung betrifft ein fahrzeugbasiertes Lidar-System nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der Einsatz von Lidar-Systemen in Fahrzeugen ist bekannt (Lidar = light detection and ranging). Typischerweise besteht ein Lidar-System aus einem als Infrarotstrahler im Pulsbetrieb arbeitenden Laser, einer Photodiode als Empfänger und einer Auswerteelektronik. Der Empfänger besteht häufig aus PIN-Dioden, insbesondere aus so genannten Avalanche-Photodioden, die über einen relativ großen Wellenlängenbereich empfindlich sein können. Das System führt eine Laufzeitmessung der ausgesendeten infraroten Laserstrahlen durch. Gemessen wird die Zeit, die das Laserlicht vom Sensor zum angestrahlten Objekt und wieder zurück benötigt. Die Elektronik berechnet dann daraus den Abstand zu dem Objekt.
Solche Systeme finden beispielsweise ihren Einsatz bei flexiblen Komfort- und Sicherheitssystemen wie dem so genannten Adaptive Cruise Control (ACC) zur automatischen Geschwindigkeits- und Abstandskontrolle. Ein Folgefahrzeug kann den Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug anpassen, ohne dass der Fahrer aktiv eingreifen muss. Je nach individueller Einstellung des Fahrers kann die Elektronik bei schlechter Sicht die Geschwindigkeit reduzieren und den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug reduzieren. Das mit Hilfe der Sensoren gewonnene elektronische Bild kann darüber hinaus bei der eindeutigen Unterscheidung von Objekten einge setzt werden. Im Gegensatz zu einem Radar-Sensor kann ein Lidar-Sensor prinzipiell auch Regen, Nebel oder Schnee erkennen, da er mit dem sichtbaren Licht ähnlichen Wellenlängen arbeitet. Laser sind teuer und verursachen mit den notwendigen teuren Laseroptiken hohe Systemkosten. Beim Einsatz von Laserpulsen müssen gesetzliche Bestimmungen beachtet werden, so dass beispielsweise die verwendbare Leistung und damit die Reichweite und die Auflösung des Lidar-Systems beschränkt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes fahrzeugbasiertes Lidar-System zu schaffen, das mehr Gestaltungsmöglichkeiten bietet.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Lidar-System weist wenigstens eine Sendeeinheit und eine Empfängereinheit auf, wobei die Sendeeinheit in einer Fahrzeugleuchte integriert ist. Die üblichen in der Fahrzeugleuchte vorhandenen Lichtquellen und die für die Lidar-Funktion verwendeten Lichtquellen können identisch sein oder auch verschieden und in der Fahrzeugleuchte nebeneinander angeordnet sein. Die für die Lidar-Funktion benötigten Lichtsignale können vorzugsweise auf bestehende, bereits im Fahrzeug verbaute Lichtquellen für einen Beobachter unsichtbar aufmoduliert werden. Dies kann im eingeschalteten wie auch im ausgeschalteten Zustand der Fahrzeugleuchte, wenn diese ihre übliche Leucht- oder Warnfunktion erfüllt, geschehen. Eine mit Nanosekunden-Pulsen modulierte Lichtquelle ist für einen Beobachter bei Tag praktisch nicht wahrnehmbar und würde bei Nacht allenfalls ein leichtes Glimmen verursachen, die durch eine dann üblicherweise eingeschaltete Fahrzeugleuchte jedoch weit überstrahlt wird, so dass auch benachbarte, leicht glimmende Flächen von einem Beobachter nicht auflösbar wären. Dadurch steht eine große Abstrahlfläche zur Verfügung, die bereits bauartbedingt in mehrere Segmente untereilt ist und über lichtstarke „Sendeelemente" mit Ansteuerelektronik verfügt.
Eine der Lidar-Funktionen besteht bevorzugt aus der Laufzeitmessung des Lichts, aus der eine Distanzinformation gewonnen werden kann, beispielsweise aus einer echten Laufzeitmessung und Auswertung von Hochpunkten auf dem empfangenen Signal, oder auch über Kreuzkorrelation. Ein Rückschluss auf Wettersituationen und die Art eines erfassten Objekts ist gegebenenfalls mittels Vermessung der Amplitude und der Signalform des empfangenen, vom Objekt rückgestreuten Signals möglich.
Das Lidar-System ist Platz sparend in einem Bereich untergebracht, in dem die notwendige Versorgungsspannung vorhanden und eine separate Führung von zusätzlicher Verkabelung unnötig ist. Die Fahrzeugleuchte kann beispielsweise ein mit bevorzugten LEDs ausgerüsteter Frontscheinwerfer sein, ein Tagfahrlicht oder eine Heckleuchte oder dergleichen. Besonders günstig ist, wenn bereits vorhandene Lichtquellen für die Lidar-Funktion genutzt werden können.
Als Sender der Sendeeinheit kann wenigstens eine hochfrequent modulierbare Lichtquelle eingesetzt werden. Diese kann eine bevorzugt lichtemittierende Diode (LED) sein oder auch eine Xenonleuchte oder dergleichen. Bei dem von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtsignal handelt es sich bevorzugt um Licht im sichtbaren Bereich. Durch geeignete Auswertefunktionen können Signale aus dem Rauschen hervorgehoben werden und einfache Funktionalitäten auch mit geringeren Lichtstärken als bei Lasern üblich realisiert werden. Beschränkungen, etwa hinsichtlich von Laserschutzklassen, welche beispielsweise die Lichtleistung und die Lichtverteilung limitieren, entfallen damit.
Mit besonderem Vorteil kann die wenigstens eine oder die mehreren Lichtquelle(n) als Lichtquelle(n) der Fahrzeugleuchte selbst dienen. Besonders vorteilhaft zeigt sich, dass eine bereits vorhandene Systemquelle als Sendeeinheit genutzt werden kann. Es entstehen damit keine Zusatzkosten für die Sendeeinheit. Darüber hinaus kann eine sehr große Lichtleistung genutzt werden, die bestimmungsgemäß auf einer großen Fläche ausgestrahlt wird. Beschränkungen, die bei Lasern entstehen können, weil eine große lichtabstrahlende Fläche in Anwendungen häufig aus Designgründen unerwünscht ist und der Sensor daher klein ausgebildet wird, entfallen. Es sind keine leuchtenden Lichtflächen außerhalb der Fahrzeugleuchten notwendig, die als irritierend empfunden werden könnten oder sogar gesetzlich untersagt sind. Mehrere Lichtquellen können zu einer Sendeeinheit zusammengefasst sein. Die Lichtquellen können zeilenweise oder spaltenweise angeordnet oder auch in einer zweidimensionalen, flächigen Anordnung vorgesehen sein.
Vorteilhaft kann die Empfängereinheit wenigstens teilweise in die Fahrzeugleuchte integriert sein, was eine besonders Platz sparende Anordnung ergibt. Die Empfängereinheit weist vorzugsweise eine oder mehrere Avalanche-Photodiode(n) als Empfänger von an einem Objekt rückgestreuter Strahlung auf.
Alternativ oder zusätzlich kann die Empfängereinheit wenigstens teilweise außerhalb der Fahrzeugleuchte angeordnet sein. Dadurch kann das Lidar-System in seiner Anordnung an die beabsichtigte Funktion angepasst werden. So können Empfänger innerhalb und außerhalb der Fahrzeugleuchte angeordnet sein und insgesamt die Empfängereinheit bilden.
Mi besonderem Vorteil können die Lichtquellen rotes Licht abstrahlen, was beispielsweise bei einer Integration in eine Heckleuchte vorteilhaft ist. Günstig ist die Verwendung von roten LEDs in einer Heckleuchte, die ebenfalls mit roten Lichtquellen, insbesondere LEDs, ausgestattet ist. Denkbar sind auch andere Farben, wie gelb oder weiss.
Bevorzugt ist eine Integration zumindest der Sendeeinheit oder auch der Sendeeinheit und Empfängereinheit in eine Heckleuchte.
Bevorzugt ist auch eine Integration zumindest der Sendeeinheit oder auch der Sendeeinheit und Empfängereinheit in eine Tagfahrlicht-Leuchte.
Ebenso ist eine erfindungsgemäße Fahrzeugleuchte mit einem Lidar-System beansprucht, wobei wenigstens eine ihrer Lichtquellen Bestandteil einer Sendeeinheit des Lidar-Systems ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von einem in der Zeichnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert, ohne dass die Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Es zeigen:
1 einen Ausschnitt aus einem Fahrzeugheck mit einer bevorzugten Heckleuchte; und
2 schematisch den Aufbau eines bevorzugten Lidar-Systems, dessen Sendeeinheit und Empfängereinheit in eine Fahrzeugleuchte integriert sind.
In den Figuren sind funktionell gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
Zur Erläuterung der Erfindung zeigt 1 beispielhaft eine bevorzugte als Heckleuchte ausgebildete Fahrzeugleuchte 12 am ausschnittsweise dargestellten Heck 14 eines Fahrzeugs. Ein nicht erkennbares Lidar-System ist in die als Heckleuchte ausgebildete Fahrzeugleuchte 12 integriert und sendet einen Lichtstrahl 38 aus, der als Pfeil angedeutet ist. Trifft dieser auf ein Objekt, wird dieser daran reflektiert und von einer nicht dargestellten Empfängereinheit empfangen. Die als Lichtquellen in der als Heckleuchte ausgebildete Fahrzeugleuchte 12 vorhandenen lichtemittierenden Dioden (LEDs) dienen als bevorzugte Sendeeinheit des Lidar-Systems. Es wird die Laufzeit, die der Lichtstrahl 38 zu dem Objekt und von diesem zurück zur Empfängereinheit benötigt und daraus schließlich die Entfernung zwischen Objekt und Fahrzeug bestimmt.
2 erläutert den Aufbau eines bevorzugten Lidar-Systems 10, das mit einer Sendeeinheit 20 und einer Empfängereinheit 26 ausgestattet ist und das vorzugsweise in eine Fahrzeugleuchte 12 integriert ist. Eine zugeordnete Auswerteelektronik, mit der die Laufzeitbestimmung erfolgt und/oder weitere Auswertungen vorgenommen werden, ist nicht explizit dargestellt.
Als Sender der Sendeeinheit 20 für die Lidar-Funktion ist eine Mehrzahl von lichtemittierenden Dioden 22, 24 eingesetzt, von denen nur jeweils eine mit einem Bezugzeichen beziffert ist. Die LEDs 22 geben beispielsweise rotes und die LEDs 24 beispielsweise gelbes Licht ab. Die LEDs 22, 24 sind bevorzugt gleichzeitig Lichtquellen 18 der Fahrzeugleuchte 12. Es können alle als LED ausgebildete Lichtquellen 18 der Fahrzeugleuchte 12 oder nur einige LEDs als Sender eingesetzt werden. Im letzteren Fall kann die Funktion „Fahrzeugleuchte" größtenteils unabhängig von der Funktion „Lidar" eingesetzt werden.
Die LEDs 22 sind so geschaltet und angeordnet, dass sie zwei Strahlkegel 30 und 32 abstrahlen, welche in einem Bereich überlappen. Die LEDs 24 geben nur einen Strahlkegel 34 ab. Die Kegel 30, 32, 34 können nicht nur ortsversetzt, sondern auch zeitversetzt ausgesendet werden, wobei das von der Sendeeinheit 20 abgestrahlte Licht wird gepulst ausgesendet.
Befindet sich ein Objekt 40 innerhalb der Reichweite einer der Strahlkegel 30, 32, 34, hier im Beispiel in den Kegeln 32 und 34, so gelangt ein Strahl 36 mit am Objekt 40 rückgestreutem Licht zurück zur Empfängereinheit 26, welche aus wenigstens einer, vorzugsweise aus einer Mehrzahl von Photodioden gebildet ist.

10: Lidar-System
12: Heckleuchte
14: Fahrzeugheck
18: Lichtquelle
20: Sendeeinheit
22: LED
24: LED
26: Sendeeinheit
28: Überlappungsbereich
30: Kegel
32: Kegel
34: Kegel
36: rückgestreutes Licht
38: ausgesandtes Licht
40: Objekt

Claims

Fahrzeugbasiertes Lidar-System mit einer Sendeeinheit (20) und einer Empfängereinheit (26), dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (20) in eine Fahrzeugleuchte (12) integriert ist.
Lidar-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sender der Sendeeinheit (20) wenigstens eine hochfrequent modulierbare Lichtquelle (22, 24) eingesetzt ist.
Lidar-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle (22, 24) eine lichtemittierende Diode (22, 24) eingesetzt ist.
Lidar-System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine oder die mehreren Lichtquelle(n) (22, 24) als Lichtquelle (18) der Fahrzeugleuchte (12) dienen.
Lidar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtquellen (22, 24) zu einer Sendeeinheit (20) zusammengefasst sind.
Lidar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle(n) (22) rotes Licht abstrahlen.
Lidar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängereinheit (26) wenigstens teilweise in die Fahrzeugleuchte (12) integriert ist.
Lidar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängereinheit (26) wenigstens teilweise außerhalb der Fahrzeugleuchte (12) angeordnet ist.
Lidar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Integration in eine Heckleuchte (12).
Lidar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Integration in eine Tagfahrlicht-Leuchte.
Fahrzeugleuchte mit einem Lidar-System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei wenigstens eine ihrer Lichtquellen (18) Bestandteil einer Sendeeinheit (20) des Lidar-Systems (10) ist.