DE102016103898A1

DE102016103898A1 - Optische Messvorrichtung für Kraftfahrzeuge und Verfahren zum Betrieb einer solchen

Info

Publication number: DE102016103898A1
Application number: DE102016103898.9A
Authority: DE
Inventors: Lin Lin; Jan Simon; Peter Horvath; Thomas Schuler
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2017-09-07
Also published as: WO2017148845A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Messvorrichtung 2 für ein Kraftfahrzeug 1 mit einer optoelektronischen Detektionseinrichtung 3, welche wenigstens eine Laserlichtquelle 4 zum Aussenden elektromagnetischer Strahlen in ein Sichtfeld 7 der Messvorrichtung 2 und einen dem Sichtfeld 7 der Messvorrichtung 2 zugeordneten Entfernungssensor 12 zur Erfassung von Objekten oder Personen 16 in seinem Erfassungsbereich 13 umfasst. Die wenigstens eine Laserlichtquelle 4 ist in Abhängigkeit des Messsignals 15 des Entfernungssensors 12 steuerbar. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb der Messvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Messvorrichtung. Um bei einer optischen Messvorrichtung 2 für ein Kraftfahrzeug 1 unter Gewährleistung der Augensicherheit das Sichtfeld 7 zu erweitern ist erfindungsgemäß eine Hauptlaserlichtquelle 4 und wenigstens eine Zusatzlaserlichtquelle 5 mit kleinerem Augen-Gefahrenabstand 11 als dem Augen-Gefahrenabstand 10 der Hauptlaserlichtquelle 4 vorgesehen. Die Hauptlaserlichtquelle 4 und die Zusatzlaserlichtquelle 5 sind alternativ in Abhängigkeit des Messsignals 14 des Entfernungssensors 12 aktivierbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Messvorrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem gemäß Anspruch 5 ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Messvorrichtung und gemäß Anspruch 7 ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Messvorrichtung.
Im Automobilbereich werden unterschiedlichste Fahrerassistenzsysteme eingesetzt, das heißt elektronische Zusatzeinrichtungen zur Unterstützung des Fahrers in bestimmten Fahrsituationen. Viele Fahrerassistenzsysteme berücksichtigen dabei Informationen über Objekte im Umfeld des Kraftfahrzeugs. Ein verbreitetes optisches Messverfahren zur Ortung und Messung der Entfernung von Objekten im Raum ist unter der Bezeichnung „LIDAR“ („Light detection and ranging“) bekannt. LIDAR-Systeme in Kraftfahrzeugen arbeiten meistens nach dem Lichtlaufzeitverfahren („Time of flight-Messung“). Dabei werden Lichtpulse in der Regel mittels einer Laserlichtquelle ausgesendet und an einem eventuell vorhandenen Objekt reflektierte Strahlen empfangen. Die Zeitdauer von der Aussendung des Licht- bzw. Laserimpulses bis zum Empfang der rückgestreuten Strahlen ist dabei proportional der Entfernung zwischen Messsystem und dem detektierten Objekt.
Laser können aufgrund der Eigenschaften ihrer Strahlung und aufgrund ihrer zum Teil extrem konzentrierten elektromagnetischen Leistung biologische Schäden verursachen. Da das Frequenzspektrum von LIDAR-Systemen nahe dem für den Menschen sichtbaren Bereich liegt, kann das menschliche Auge mit einer Linse wie ein fokussierendes Brennglas wirken. Weil der Laser jedoch für den Menschen nicht sichtbar ist, funktionieren die natürlichen Schutzmechanismen des Auges (Schließen der Pupillen) nicht. Die vom Laser des LIDAR ins Auge eingebrachte Energie kann im schlimmsten Fall zu dauerhaften Netzhautschäden führen. Es ist daher bei Applikationen in Kraftfahrzeugen stets die Augensicherheit zu gewährleisten. Die Augensicherheit wird dabei nicht nur von der Wellenlänge des Laserlichts beeinflusst, sondern insbesondere von der Ausgangspulsspitzenleistung, der Ausgangsdurchschnittsleistung aber auch vom Puls/Pausen-Verhältnis der eingesetzten Laserlichtquelle. Maßgeblich hängt dabei die Augensicherheit von der emittierten Energieleistung ab.
Zur Gewährleistung der Augensicherheit werden oft bei Applikationen in Kraftfahrzeugen Laserlichtquellen der Laserschutzklasse 1 gemäß DIN EN 60825-1 verwendet. Der sogenannte nominelle Augen-Gefahrenabstand NOHD (= „Nominal Ocular Hazard Distance“) liegt dabei innerhalb des Gehäuses, in dem die Laserlichtquelle angeordnet ist oder die Laserstrahlung ist per se für den Menschen ungefährlich. Der nominelle Augen-Gefahrenabstand kennzeichnet bei Laserquellen dem Gefahrenbereich, innerhalb dessen bei direktem Blick in den Laserstrahl Gesundheitsschäden an den Augen zu befürchten sind.
US 2009/0273770 A1 offenbart ein LIDAR-System, welches mit einer entsprechenden Reichweite bei Flugzeugen verwendet werden soll, beispielsweise als Höhenmessgerät. Dabei wird die Reichweite des Lasers zur Identifizierung der Höhe des Flugzeugs über dem Grund verwendet. Bei dem bekannten LIDAR-System ist die Laserstrahlung einstellbar, nämlich entweder bezüglich der Pulsfrequenz, der Leistung oder der Pulsdauer der Laserlichtquelle. Die Einstellung erfolgt dabei in Abhängigkeit des nahesten detektierten Objekts nach einem vorgegebenen Augensicherheitsmodell. Das Augensicherheitsmodell ist dabei in Abhängigkeit von der Art der Laserstrahlung und weiteren Parametern vorgegeben, beispielsweise atmosphärischen Bedingungen. Das bekannte LIDAR-System will automatisch die Leistung oder die Intensitätseinstellungen der Laserlichtquelle auf ein Niveau einstellen, welches der Augensicherheit in einem bestimmten Abstand entspricht.
US 9,121,703 B1 offenbart ein LIDAR-System für Kraftfahrzeuge, welches einen Entfernungssensor umfasst, der nahe der LIDAR-Einheit montiert ist, beispielsweise auf dem Dach des Kraftfahrzeugs. Der Entfernungssensor erfasst Objekte in seinem Sichtfeld. Er ist beispielsweise als Infrarot-Sensor konfiguriert und sendet Infrarotstrahlen in der gleichen Richtung wie die Laserlichtquelle des LIDAR-Systems. Spricht der Entfernungssensor innerhalb eines vorgegebenen Sicherheitsabstands innerhalb seines Erfassungsbereich an, so wird die Laserlichtquelle abgeschaltet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer optoelektronischen Messvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einfachen Mitteln einen Betrieb mit größtmöglicher Reichweite unter Gewährleistung der Augensicherheit zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine optoelektronische Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Erfindungsgemäß weist die optische Messvorrichtung für ein Kraftfahrzeug eine Hauptlaserlichtquelle und wenigstens eine Zusatzlaserlichtquelle mit kleinerem Augen-Gefahrenabstand als die Hauptlaserlichtquelle auf. Die Hauptlaserlichtquelle und die Zusatzlaserlichtquelle sind dabei in Abhängigkeit des Messsignals eines Entfernungssensors der Messvorrichtung aktivierbar. Der Entfernungssensor ist dabei dem Sichtfeld der Messvorrichtung zugeordnet. Sein Erfassungsbereich überdeckt sich teilweise mit dem Sichtfeld der Messvorrichtung, in welches die Laserlichtquellen elektromagnetische Strahlen aussenden. Erfasst der Entfernungssensor in seinem Erfassungsbereich Objekte, so wird die Hauptlaserlichtquelle abgeschaltet und die Zusatzlaserlichtquelle aktiviert. Auf diese Weise kann eine Hauptlaserlichtquelle mit großer Reichweite eingesetzt werden, wobei durch Abschalten dieser Hauptlaserlichtquelle in Abhängigkeit des Entfernungssensors die Augensicherheit der optischen Messvorrichtung gewährleistet ist und dabei ihre Betriebsfähigkeit durch Aktivieren der augensicheren Zusatzlaserlichtquelle aufrechterhalten ist.
Der Entfernungssensor der erfindungsgemäßen Messvorrichtung unterscheidet zwischen zwei Zuständen, nämlich zum Einen die Erfassung eines Objekts in seinem Erfassungsbereich und zum Anderen die Nichterfassung eines Objekts. Er kann daher ein kostengünstiges und einfaches Bauteil sein. Es bestehen quasi keine Anforderungen an die Auflösung des Entfernungssensors, welcher demnach beispielsweise mit einem einzelnen Detektor betreibbar ist. Der Entfernungssensor erzeugt mittels des Detektors bei Empfang eines reflektierten Lichtstrahls, was ein Objekt in seinem Erfassungsbereich indiziert, ein entsprechendes Messsignal, wobei anhand des Messsignals die Hauptlaserlichtquelle abgeschaltet und die Zusatzlaserlichtquelle eingeschaltet wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Entfernungssensor ein Belichtungsmessgerät, dessen Wellenlänge sowohl von der Wellenlänge der Hauptlaserlichtquelle als auch von der Wellenlänge der Zusatzlaserlichtquelle verschieden ist.
Bei einer bevorzugten Konfiguration der optischen Messvorrichtung liegt der nominelle Augen-Gefahrenabstand der Hauptlaserlichtquelle innerhalb des Erfassungsbereichs des Entfernungssensors. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass Personen innerhalb des nominellen Augen-Gefahrenabstands der Hauptlaserlichtquelle geschützt werden, da sie jedenfalls vom Entfernungssensor erfasst werden und somit die Hauptlaserlichtquelle abgeschaltet wird. Vorzugsweise wird bei der Einrichtung und Abstimmung der Messvorrichtung der Erfassungsbereich des Entfernungssensors auf den nominellen Augen-Gefahrenabstand (NOHD) der Hauptlaserlichtquelle eingestellt.
Vorteilhaft sind die Laserlichtquellen bezüglich ihrer jeweiligen Ausgangsleistung verschieden. Dabei wird die Zusatzlaserlichtquelle derartig konfiguriert, dass ihr nomineller Augen-Gefahrenabstand innerhalb des Gehäuses der Messvorrichtung liegt. Alternativ ist die Zusatzlaserlichtquelle derart konfiguriert, dass für das menschliche Auge unbedenkliche Laserstrahlung emittiert wird. Vorzugsweise werden als Zusatzlaserlichtquelle Laser der Gefahrenklasse 1 gemäß DIN EN 60825-1 verwendet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1: eine perspektivische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer optischen Messvorrichtung,
2: eine vergrößerte Darstellung der Messvorrichtung gemäß 1.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer optischen Messvorrichtung 2, welche Teil eines LIDAR-Systems ist. Die optische Messvorrichtung 2 ist in 2 vergrößert dargestellt. Für jeweils gleiche Bauteile sind in den beiden Zeichnungsfiguren die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die optische Messvorrichtung 2 weist eine optoelektronische Detektionseinrichtung 3 auf, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel als Laserscanner ausgebildet ist. Die Detektionseinrichtung 3 sendet mittels Laserlichtquellen 4, 5 Laserpulse in die Umgebung des Kraftfahrzeugs 1. Dabei werden die Laserpulse über eine Umlenkspiegelanordnung 6 in ein sektorförmiges Sichtfeld 7 gesendet. Dabei wird das Sichtfeld 7 schrittweise abgetastet. Ein nicht dargestellter optoelektronischer Empfänger umfasst Detektoren, beispielsweise Avalanche-Fotodioden, welche bei Empfang eines reflektierten Lichtstrahls ein entsprechendes elektrisches Empfangssignal bereitstellen. Durch Auswertung des Empfangssignals können nach dem Lichtlaufzeitprinzip Rückschlüsse auf die Lage und die Entfernung eines Objekts, an dem der empfangene Lichtstrahl reflektiert wurde, gezogen werden.
Die Detektionseinrichtung 3 umfasst eine Hauptlaserlichtquelle 4 und eine Zusatzlaserlichtquelle 5, welche von einer Steuereinheit 15 der Messvorrichtung 2 alternativ aktivierbar sind. Die Hauptlaserlichtquelle 4 und die Zusatzlaserlichtquelle 5 sind innerhalb eines Gehäuses 8 der Detektionseinrichtung 3 angeordnet. Durch ein transparentes Fenster 9 des Gehäuses 8 werden Laserstrahlen in das Sichtfeld 7 der optoelektronischen Detektionseinrichtung 3 und damit der Messvorrichtung 2 gesendet bzw. treten reflektierte Strahlen in das Gehäuse 8 ein.
Die Hauptlaserlichtquelle 4 und die Zusatzlaserlichtquelle 5 erzeugen Laserstrahlungen auf unterschiedlichen Energieniveaus. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ausgangsleistungen der Laserlichtquellen 4, 5 verschieden. Die Hauptlaserlichtquelle 4 sendet Laserstrahlen mit einem nominellen Augen-Gefahrenabstand 10 in das Sichtfeld 7, welcher entsprechend dem vergleichsweise hohen Energieniveau der Hauptlaserlichtquelle 4 außerhalb des Gehäuses 8 im Sichtfeld 7 liegt. Der nominelle Augen-Gefahrenabstand 11 der leistungsschwächeren Zusatzlaserlichtquelle 5 liegt innerhalb des Gehäuses 8 der Detektionseinrichtung 3.
Die optische Messvorrichtung 2 umfasst außerdem einen dem Sichtfeld 7 der Detektionseinrichtung 3 zugeordneten Entfernungssensor 12. Der Entfernungssensor 12 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Belichtungsmessgerät, dessen Wellenlänge sowohl von der Wellenlänge der Hauptlaserlichtquelle 4, als auch von der Wellenlänge der Zusatzlaserlichtquelle 5 verschieden ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Strahlungen der Laserlichtquellen 4, 5 keine unerwünschte Störung des Entfernungssensors 12 verursachen. Der Entfernungssensor 12 ist dem Sichtfeld 7 der Detektionseinrichtung 3 zugeordnet, worunter zu verstehen ist, dass der Entfernungssensor 12 derart angeordnet und konfiguriert ist, dass sein Erfassungsbereich 13 das Sichtfeld 7 im Wesentlichen abdeckt. Im Optimalfall überdeckt der Erfassungsbereich 13 den Sektor des Sichtfelds 7.
Die Tiefe T des Erfassungsbereichs 13 des Entfernungssensors 12 ist derart mit dem Sichtfeld 7 abgestimmt, dass der nominelle Augen-Gefahrenabstand 10 der Hauptlaserlichtquelle 4 innerhalb des Erfassungsbereichs 13 des Entfernungssensors 12 liegt. Die Tiefe T des Erfassungsbereichs 13 des Entfernungssensors 12 kann dabei dem nominellen Augen-Gefahrenabstand 10 der Hauptlaserlichtquelle 4 entsprechen.
Der Entfernungssensor 12 ist ein einfach gestaltetes Bauteil, welches zwischen zwei Zuständen unterscheiden kann und in dem einen dieser beiden Zustände anspricht, nämlich wenn ein Objekt in seinem Erfassungsbereich 13 erfasst ist. Der Entfernungssensor 12 kann dabei mit einem einzelnen Detektor ausgestaltet sein, welcher ausreicht, um eine Reflexion im Erfassungsbereich 13 des Entfernungssensors 12 zu detektieren und ein entsprechendes Messsignal 14 zu erzeugen.
Der Entfernungssensor 12 ist der Steuereinheit 15 der Laserlichtquellen 4, 5 zugeordnet, d.h., dass die Steuereinheit 15 das Messsignal 14 des Entfernungssensors 12 berücksichtigt. Empfängt die Steuereinheit 15 kein Messsignal 14, so wird das Sichtfeld 7 der Messvorrichtung 2 über die leistungsstarke Hauptlaserlichtquelle 4 beleuchtet und gescannt. Erfasst der Entfernungssensor 12 ein Objekt in seinem Erfassungsbereich 13, beispielsweise eine im Erfassungsbereich 13 stehende Person 16, so erzeugt der Entfernungssensor 12 ein Messsignal 14. Die Steuereinheit 15 schaltet bei Empfang eines Messsignals 14 die Hauptlaserlichtquelle 4 ab und schaltet die Zusatzlaserlichtquelle 5 ein. Auf diese Weise kann bei freiem Erfassungsbereich 13 des Entfernungssensors 12 das Sichtfeld 7 der Detektionseinrichtung 2 mit der leistungsstarken Hauptlaserlichtquelle 4 gescannt werden. Gefährdungen von Personen 16 innerhalb des nominellen Augen-Gefahrenabstands 10 der Hauptlaserlichtquelle 4 werden effektiv geschützt, in dem die Hauptlaserlichtquelle 4 abgeschaltet wird und das Scannen des Sichtfelds 7 mit der leistungsschwächeren Zusatzlaserlichtquelle 5 fortgesetzt wird.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: optische Messvorrichtung
3: Detektionseinrichtung
4: Hauptlaserlichtquelle
5: Zusatzlaserlichtquelle
6: Umlenkspiegelanordnung
7: Sichtfeld
8: Gehäuse
9: Fenster
10: nomineller Augen-Gefahrenabstand Hauptlaserlichtquelle
11: nomineller Augen-Gefahrenabstand Zusatzlaserlichtquelle
12: Entfernungssensor
13: Erfassungsbereich
14: Messsignal
15: Steuereinheit
16: Person
T: Tiefe des Erfassungsbereichs

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2009/0273770 A1 [0005]
US 9121703 B1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 60825-1 [0004]
DIN EN 60825-1 [0013]

Claims

Optische Messvorrichtung für ein Kraftfahrzeug (1) mit einer optoelektronischen Detektionseinrichtung (2), welche wenigstens eine Laserlichtquelle (4, 5) zum Aussenden elektromagnetischer Strahlen in ein Sichtfeld (7) der Messvorrichtung (2) und einen dem Sichtfeld (7) der Messvorrichtung (2) zugeordneten Entfernungssensor (12) zur Erfassung von Objekten oder Personen (16) in seinem Erfassungsbereich (13) umfasst, wobei die wenigstens eine Laserlichtquelle (4, 5) in Abhängigkeit des Messsignals (14) des Entfernungssensors (12) steuerbar ist, gekennzeichnet durch eine Hauptlaserlichtquelle (4) und wenigstens eine Zusatzlaserlichtquelle (5) mit kleinerem nominellem Augen-Gefahrenabstand (11) als dem nominellem Augen-Gefahrenabstand (10) der Hauptlaserlichtquelle (4), wobei die Hauptlaserlichtquelle (4) und die Zusatzlaserlichtquelle (5) alternativ in Abhängigkeit des Messsignals (14) des Entfernungssensors (12) aktivierbar sind.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entfernungssensor (12) ein Belichtungsmessgerät ist, dessen Wellenlänge sowohl von der Wellenlänge der Hauptlaserlichtquelle (4) als auch von der Wellenlänge der Zusatzlaserlichtquelle (5) verschieden ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine derartige Konfiguration, dass der nominelle Augen-Gefahrenabstand (10) der Hauptlaserlichtquelle (4) innerhalb des Erfassungsbereichs (13) des Entfernungssensors (12) liegt.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquellen (4, 5) bezüglich ihrer jeweiligen Ausgangsleistung verschieden sind.
Verfahren zum Betrieb einer Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptlaserlichtquelle (4) bei Erfassung von Objekten oder Personen (16) im Erfassungsbereich (13) des Entfernungssensors (12) abgeschaltet und die Zusatzlaserlichtquelle (5) aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Entfernungssensor (12) bei Empfang eines reflektierten Lichtstrahls ein entsprechendes Messsignal (14) erzeugt und anhand des Messsignals (14) die Hauptlaserlichtquelle (4) abgeschaltet und die Zusatzlaserlichtquelle (5) eingeschaltet wird.
Kraftfahrzeug mit einer Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4.