DE102018126289A1

DE102018126289A1 - Verfahren zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit wenigstens eines Fensters einer optischen Detektionsvorrichtung, optische Detektionsvorrichtung und Lichtdurchlässigkeitsüberprüfungseinrichtung

Info

Publication number: DE102018126289A1
Application number: DE102018126289.2A
Authority: DE
Inventors: Georg Puhlfürst
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2020-04-23

Abstract

Verfahren zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit wenigstens eines Fensters (30) einer optischen Detektionsvorrichtung (12), welche zur Überwachung eines Überwachungsbereichs (14) auf Objekte (16) hin dient, eine optische Detektionsvorrichtung (12) und eine Lichtdurchlässigkeitsüberprüfungseinrichtung (32) beschrieben. Das wenigstens eine Fenster (30) dient zum Durchlass von mit wenigstens einem Sender (24) der Detektionsvorrichtung (12) erzeugtem Licht (18) und/oder gegebenenfalls an einem Objekt (16) im Überwachungsbereich (14) reflektiertem Licht. Bei dem Verfahren wird wenigstens eine Lichtdurchlässigkeitsmessung durchgeführt, bei der das wenigstens eine Fenster (30) mit Licht (18) angestrahlt wird und gegebenenfalls an optischen Störungen (34) in oder an dem wenigstens einen Fenster (30) reflektiertes Licht (46) mit wenigstens einen Empfänger (22) der Detektionsvorrichtung (12) empfangen wird. Das Licht (18), mit dem das wenigstens eine Fenster (30) zur Durchführung der wenigstens einen Lichtdurchlässigkeitsmessung angestrahlt wird, wird mit wenigstens einem Sender (24) erzeugt, mit dem zur Durchführung von Überwachungsmessungen Licht (18) zur Überwachung des Überwachungsbereichs (14) erzeugt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit wenigstens eines Fensters einer optischen Detektionsvorrichtung, welche zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin dient,

- wobei das wenigstens eine Fenster zum Durchlass von mit wenigstens einem Sender der Detektionsvorrichtung erzeugtem Licht und/oder gegebenenfalls an einem Objekt im Überwachungsbereich reflektiertem Licht dient,
- wobei bei dem Verfahren außerhalb von Überwachungsmessungen zur Überwachung des Überwachungsbereichs wenigstens eine Lichtdurchlässigkeitsmessung durchgeführt wird, bei der das wenigstens eine Fenster mit Licht angestrahlt wird und gegebenenfalls an optischen Störungen in oder an dem wenigstens einen Fenster reflektiertes Licht mit wenigstens einen Empfänger der Detektionsvorrichtung empfangen wird.

Ferner betrifft die Erfindung eine optische Detektionsvorrichtung zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin,

- mit wenigstens einem Gehäuse, in dem wenigstens ein Sender zur Erzeugung von Licht und wenigstens ein Empfänger zum Empfangen von Licht angeordnet ist,
- wobei das Gehäuse wenigstens ein Fenster zum Durchlass von mit dem wenigstens einen einem Sender erzeugtem Licht und/oder gegebenenfalls von an einem Objekt reflektiertem Licht aufweist,
- wobei die Detektionsvorrichtung wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung aufweist, mit der der wenigstens eine Sender und der wenigstens eine Empfänger gesteuert werden kann und mit der mit dem wenigstens einen Empfänger empfangenes Licht ausgewertet werden kann,
- wobei die Detektionsvorrichtung wenigstens eine Lichtdurchlässigkeitsüberprüfungseinrichtung zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit des wenigstens einen Fensters aufweist, welche ausgestaltet ist zur Durchführung wenigstens einer Lichtdurchlässigkeitsmessung außerhalb von Überwachungsmessungen, bei der das wenigstens eine Fenster mit Licht angestrahlt wird und gegebenenfalls an optischen Störungen in oder

Außerdem betrifft die Erfindung eine Lichtdurchlässigkeitsüberprüfungseinrichtung zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit wenigstens eines Fensters einer optische Detektionsvorrichtung, welche zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin dient,

- wobei die Lichtdurchlässigkeitsüberprüfungseinrichtung ausgestaltet ist zur Durchführung wenigstens einer Lichtdurchlässigkeitsmessung außerhalb von Überwachungsmessungen, bei der das wenigstens eine Fenster mit Licht angestrahlt wird und gegebenenfalls an optischen Störungen in oder an dem wenigstens ein Fenster reflektiertes Licht mit dem wenigstens einen Empfänger der Detektionsvorrichtung empfangen wird.

Stand der Technik
Aus der DE 10 2007 003 023 B4 ist ein optoelektronischer Sensor zur Überwachung eines Überwachungsbereichs bekannt, der eine transparente Schutzscheibe aus einem gegenüber Luft optisch dichteren Material, einen Lichtempfänger, der durch die annähernd senkrecht zu der optischen Achse des Lichtempfängers angeordnete Schutzscheibe Licht aus dem Überwachungsbereich empfangen kann, sowie eine Auswerteeinheit aufweist, die für einen Lichtdurchlässigkeitstest der Schutzscheibe ausgebildet ist. Ein Testlichtsender ist an einer Kante der Schutzscheibe derart angeordnet, dass von ihm ausgesandtes Testlicht jeweils an den Innenflächen der Schutzscheibe total reflektiert wird, somit allein den Innenraum der Schutzscheibe durchstrahlt und die intakte, saubere Schutzscheibe höchstens an Kanten verlassen kann. Die Auswerteeinheit ist weiter dafür ausgebildet, bei dem Lichtdurchlässigkeitstest Beschädigungen oder Verunreinigungen der Schutzscheibe als Testlicht-Austrittsstellen anhand von Testlichtempfang in dem Lichtempfänger zu erkennen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Detektionsvorrichtung und eine Lichtdurchlässigkeitsüberprüfungseinrichtung der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen eine Störung der Lichtdurchlässigkeit des wenigstens einen Fensters zuverlässiger erkannt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass

- das Licht, mit dem das wenigstens eine Fenster zur Durchführung der wenigstens einen Lichtdurchlässigkeitsmessung angestrahlt wird, mit wenigstens einem Sender erzeugt wird, mit dem zur Durchführung von Überwachungsmessungen Licht zur Überwachung des Überwachungsbereichs erzeugt wird,
- wobei der wenigstens eine Empfänger zumindest für die Dauer der wenigstens einen Lichtdurchlässigkeitsmessung bezüglich seiner Empfindlichkeit auf einen definierten Zustand eingestellt wird.

Erfindungsgemäß wird also mit demselben wenigstens einen Sender, mit dem auch die Überwachungsmessungen durchgeführt werden, die Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit des wenigstens einen Fensters durchgeführt. Auf diese Weise kann auf einen separaten Testlichtsender, wie dies bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Sensor erforderlich ist, verzichtet werden.
Die wenigstens eine Lichtdurchlässigkeitsmessung wird außerhalb von Überwachungsmessungen zur Überwachung des Überwachungsbereichs durchgeführt. So kann der wenigstens eine Empfänger wahlweise entweder für eine Überwachungsmessung oder für eine Lichtdurchlässigkeitsmessung verwendet werden. Der wenigstens eine Empfänger kann so auf seine jeweilige Verwendung eingestellt werden, um jeweils die beste Leistungsfähigkeit zu erhalten.
Bei den optischen Störungen in oder an dem wenigstens einen Fenster, welche dessen Lichtdurchlässigkeit stören können, kann es sich um Verschmutzungen und/oder Beschädigungen des wenigstens einen Fensters handeln. Die Leistungsfähigkeit der optischen Detektionsvorrichtung hängt entscheidend vom Zustand des wenigstens einen Fensters ab. Verschmutzungen oder Beschädigungen an dem wenigstens einen Fenster können die Sicht blockieren und damit die Objekt- und Spurerkennung im Überwachungsbereich behindern. Daher ist es erforderlich, den Zustand des wenigstens einen Fensters zu überwachen und gegebenenfalls optische Störungen zu erkennen.
Im Falle einer optischen Störung wird ein Teil des von dem wenigstens einen Sender emittierten Lichts direkt an dem wenigstens einen Fenster zurückgestreut und mit dem wenigstens einen Empfänger empfangen. Dieses durch optische Störung hervorgerufene reflektierte Licht wird im Folgenden der einfachen Unterscheidung wegen als „Fensterstörungsreflexion“ bezeichnet. Um die optischen Störungen zuverlässig zu identifizieren, müssen die Fensterstörungsreflexionen von internen Reflexionen unterschieden werden.
Reflexionen von mit dem wenigstens einen Sender ausgesendeten Sendesignalen an Objekten im Überwachungsbereich werden im Folgenden der einfacheren Unterscheidbarkeit wegen als „Objekt-Reflexionssignale“ bezeichnet.
Interne Reflexionen sind Lichtreflexionen, welche im Inneren eines Gehäuses der Detektionsvorrichtung entstehen. Diese können auch dann entstehen, wenn keine optische Störungen in oder an dem wenigstens einen Fenster vorliegen. Bei den internen Reflexionen wird ein Teil des von dem wenigstens einen Sender emittierten Lichts zu dem wenigstens einen Empfänger gestreut, bevor es das Gehäuse verlässt. Sofern die internen Reflexionen stark genug sind, können fälschlich nicht vorhandene Objekte im Nahfeld, insbesondere in einer Entfernung von weniger als etwa 1 m von der Detektionsvorrichtung, erfasst werden. Diese fälschlich erfassten Objekte müssen von optischen Störungen in/an dem wenigstens einen Fenster unterschieden werden, um eine zuverlässige Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit des wenigstens einen Fensters gewährleisten zu können.
Durch die definierte Einstellung der Empfindlichkeit des wenigstens einen Empfängers können Fensterstörungsreflexionen zuverlässiger von internen Reflexionen unterschieden werden. So können die optischen Störungen auch von Objekt-Reflexionssignalen an Objekten im Nahfeld unterschieden werden. So können falsch positive Ergebnisse, so genannte „false positives“, und falsch negative Ergebnisse, sogenannte „false negatives“, bei der Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit zuverlässiger vermieden werden.
Durch die definierte Einstellung der Empfindlichkeit des wenigstens einen Empfängers können Schwankungen bezüglich der Anzahl und der Intensität von internen Reflexionen besser kompensiert werden. Das Verhalten der internen Reflexionen kann dabei besser abgeschätzt werden. So können optische Störungen in/an dem wenigstens einen Fenster effektiver erkannt werden. Eine Abschätzung von internen Reflexionen auf Basis von Statusgrößen der Detektionsvorrichtung und deren Fehlertoleranzen kann so verbessert werden. Ferner kann so verhindert werden, dass Fensterstörungsreflexionen durch interne Reflexionen „verschluckt“ werden. So können Störungen der Lichtdurchlässigkeit des wenigstens einen Fensters auch dann erkannt werden, wenn durch eine Signalverarbeitung wesentliche Eigenschaften des mit dem wenigstens einen Empfänger empfangenen Lichts, insbesondere Leistungsmaximum und/oder Gesamtenergie des empfangenen Lichts, verloren gehen.
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Detektionsvorrichtung nach einem Lichtlaufzeitverfahren arbeiten. Nach dem Lichtimpulslaufzeitverfahren arbeitende optische Detektionsvorrichtungen können als Time-of-Flight- (TOF), Light-Detection-and-Ranging-Systeme (LiDAR), Laser-Detection-and-Ranging-Systeme (LaDAR) oder dergleichen ausgestaltet und bezeichnet werden. Dabei wird eine Laufzeit vom Aussenden eines Sendesignals, insbesondere eines Lichtpulses, mit dem wenigstens einen Sender und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Sendesignals mit dem wenigstens einen Empfänger gemessen und daraus eine Entfernung zwischen der Detektionsvorrichtung und dem erkannten Objekt ermittelt.
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Detektionsvorrichtung ein scannendes System sein. Dabei kann mit Licht, insbesondere Sendesignalen, ein Überwachungsbereich abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können das entsprechende Licht, insbesondere Sendelichtstrahlen, bezüglich seiner Ausbreitungsrichtung über den Überwachungsbereich sozusagen geschwenkt werden. Hierbei kann wenigstens eine Umlenkspiegeleinrichtung zum Einsatz kommen.
Vorteilhafterweise kann die Detektionsvorrichtung ein laserbasiertes Entfernungsmesssystem sein. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann als Lichtquelle des wenigstens einen Senders wenigstens einen Laser, insbesondere einen Diodenlaser, aufweisen. Mit dem wenigstens einen Laser können insbesondere gepulste Sendelichtstrahlen als Sendesignale gesendet werden. Mit dem Laser können Sendesignale in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Frequenzbereichen emittiert werden. Entsprechend kann wenigstens ein Empfänger einen für die Frequenz des ausgesendeten Lichtes ausgelegten Detektor, insbesondere eine (Lawinen-)Fotodiode, aufweisen. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann vorteilhafterweise ein Laserscanner sein. Mit einem Laserscanner kann ein Überwachungsbereich mit einem insbesondere gepulsten Laserstrahl abgetastet werden.
Die Erfindung kann bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Landfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, einem Lastkraftwagen, einem Bus, einem Motorrad oder dergleichen, einem Luftfahrzeug und/oder einem Wasserfahrzeug verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei autonomen oder wenigstens teilweise autonomen Fahrzeugen eingesetzt werden.
Die Detektionsvorrichtung kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung des Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer-Informationseinrichtung und/oder einem Parkassistenzsystem oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise kann ein wenigstens teilweise autonomer Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Empfindlichkeit des wenigstens einen Empfängers bei der wenigstens einen Lichtdurchlässigkeitsmessung an interne Reflexionen in einem Gehäuse der Detektionsvorrichtung angepasst werden. Auf diese Weise können Fensterstörungsreflexionen zuverlässiger erkannt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann eine Empfindlichkeit des wenigstens einen Empfängers bei einer Lichtdurchlässigkeitsmessung durch Einstellung von internen Statusgrößen auf einen definierten Zustand eingestellt werden. Auf diese Weise können Schwankungen in der Empfindlichkeit des wenigstens einen Empfängers verkleinert werden.
Als interne Statusgrößen können insbesondere Vorspannungen oder Bias-Spannungen von Fotodioden, Referenzspannungen von Komparatoren, Sendeleistungen von Lichtquellen des wenigstens einen Senders, insbesondere Laserdioden, Temperaturen von Halbleiterkomponenten, Referenzspannungen von Zeit-Digital-Konvertern oder dergleichen der Detektionsvorrichtung verwendet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können in zeitlichen Abständen Lichtdurchlässigkeitsmessungen durchgeführt werden, bei denen der wenigstens eine Empfänger in Bezug auf seine Empfindlichkeit gleich eingestellt wird. Auf diese Weise können die Lichtdurchlässigkeitsmessungen reproduzierbar durchgeführt werden.
Das Verhalten von internen Reflexionen muss nur für die Zustände von denjenigen internen Statusgrößen bekannt sein, welche für die Lichtdurchlässigkeitsmessung verwendet werden.
Durch die Beschränkung auf einen kleineren Zustandsraum können komplexere Rechenmodelle verwendet werden, um bei gleichem Rechen- und/oder Speicheraufwand eine präzisere Abschätzung beziehungsweise Berücksichtigung von internen Reflexionen zu ermöglichen. Als Zustandsraum können Umgebungsbedingungen gewählt werden, bei denen die äußeren Einflüsse auf den wenigstens einen Empfänger möglichst gering sind. Insbesondere können die Lichtdurchlässigkeitsmessungen bei Dunkelheit und/oder bei verhältnismäßig geringen Umgebungstemperaturen durchgeführt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann ein zeitlicher Abstand zwischen zwei Lichtdurchlässigkeitsmessungen abhängig von einer Bildrate der Detektionsvorrichtung eingestellt oder vorgegeben werden, welche bei Überwachungsmessungen zur Überwachung des Überwachungsbereichs verwendet wird. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass Fensterstörungsreflexionen durch interne Reflexionen „verschluckt“ werden.
Die zeitlichen Abstände, in denen die Lichtdurchlässigkeitsmessungen durchgeführt werden, können vorteilhafterweise klein genug sein, um eine angemessene Reaktionszeit für die Erkennung einer Störung der Lichtdurchlässigkeit zu gewährleisten. Außerdem sollten die zeitlichen Abstände groß genug sein, um Einbußen der Leistungsfähigkeit der Detektionsvorrichtung zu vermeiden. Die zeitlichen Abstände können vorteilhafterweise so groß sein, dass, abhängig von der Empfindlichkeit des wenigstens einen Empfängers falsch positive Ergebnisse kompensiert werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann zur Durchführung oder während wenigstens einer Überwachungsmessung der wenigstens eine Empfänger bezüglich seiner Empfindlichkeit abhängig von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen eingestellt werden. Auf diese Weise kann die Empfindlichkeit des wenigstens einen Empfängers hoch oder herunter geregelt werden, um für die Erfassung von Objektinformationen die optimale Empfindlichkeit und Bandbreite zu erreichen.
Die Betriebs-und Umgebungsbedingungen können dabei durch die Betriebstemperatur Detektionsvorrichtung oder Teilen der Detektionsvorrichtung, die Umgebungstemperatur, die Umgebungshelligkeit oder anderen Faktoren beeinflusst werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Intensität von mit dem wenigstens einen Empfänger empfangenen Lichts oder eine diese charakterisierende Größe mit wenigstens einem einstellbaren Schwellwert verglichen werden, und falls die Intensität des Lichts oder die charakterisierende Größe den wenigstens einen Schwellwert erreicht, eine Störung der Lichtdurchlässigkeit des wenigstens einen Fensters erkannt werden. Auf diese Weise können die empfangenen Fensterstörungsreflexionen von internen Reflexionen, Objekt-Reflexionssignalen von Objekten im Nahfeld und von Rauschen der Detektionsvorrichtung unterschieden werden.
Eine das Lichtsignal charakterisierende Größe kann ein Empfängersignal, insbesondere eine elektrische Spannung, des wenigstens einen Empfängers sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der wenigstens eine Schwellwert abhängig von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen so eingestellt werden, dass er oberhalb einer erwarteten Intensität von internen Reflexionen liegt. So können Fensterstörungsreflexionen aufgrund von optischen Störungen im/am wenigstens einen Fenster von internen Reflexionen besser unterschieden werden.
Vorteilhafterweise kann als Schwellwert eine Referenzspannung eines Zeit-Digital-Konverters eingestellt werden. Ein Empfängersignal des wenigstens einen Empfängers, insbesondere einer Fotodiode, bevorzugt einer Lawinenfotodiode, und/oder eines Verstärkers, bevorzugt eines Transimpedanzverstärkers, kann als die Intensität des Lichts charakterisierende Größe verwendet werden. Diese Größe kann einfach mit der Referenzspannung des Zeit-Digital-Konverters verglichen werden.
Vorteilhafterweise kann eine optische Störung durch Bestimmung einer Echopulsweite von mit dem Empfänger empfangenen Lichts oder der dieses charakterisierenden Größe beim Vergleich mit wenigstens einem Schwellwert erkannt werden. Die Echopulsweite ist der zeitliche Abstand zwischen einem Durchlauf einer aufsteigenden Flanke des entsprechenden Empfängersignals durch den wenigstens einen Schwellwert und dem nachfolgenden Durchlauf einer absteigenden Flanke des Empfängersignals durch den wenigstens einen Schwellwert.
Ferner wird die Aufgabe bei der optischen Detektionsvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass wenigstens ein Sender zur Erzeugung von Licht sowohl für die Überwachung des Überwachungsbereichs als auch zur Durchführung der Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit des wenigstens eines Fensters ausgestaltet ist und der wenigstens eine Empfänger zumindest für die Dauer der wenigstens einen Lichtdurchlässigkeitsmessung bezüglich seiner Empfindlichkeit auf einen definierten Zustand eingestellt werden kann.
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Lichtdurchlässigkeitsüberprüfungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet sein.
Außerdem wird die Aufgabe wird bei der Lichtdurchlässigkeitsüberprüfungseinrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Lichtdurchlässigkeitsprüfungseinrichtung ausgestaltet ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung und der erfindungsgemäßen Lichtdurchlässigkeitsüberprüfungseinrichtung und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
Figurenliste
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch

1 ein Fahrzeug in der Vorderansicht, welches eine optische Detektionsvorrichtung zur Überwachung eines Überwachungsbereichs in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug aufweist;
2 die Detektionsvorrichtung des Fahrzeugs aus der 1;
3 ein Intensität-Zeit-Diagramm eines Empfängersignals, welches mit einem Empfänger der Detektionsvorrichtung aus den 1 und 2 bei einer Überwachungsmessung zu Überwachung des Überwachungsbereichs während einer Fahrt in einem Tunnel und beim Verlassen des Tunnels erzeugt wird, wobei ein Fenster der Detektionsvorrichtung hier nicht verschmutzt ist;
4 ein Intensität-Zeit-Diagramm eines Empfängersignals entsprechend dem Intensität-Zeit-Diagramm aus der 3, welches mit dem Empfänger der Detektionsvorrichtung aus den 1 und 2 während einer Lichtdurchlässigkeitsmessung zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit eines Fensters der Detektionsvorrichtung während der Fahrt in dem Tunnel und beim Verlassen des Tunnels erzeugt wird, wobei das Fenster der Detektionsvorrichtung hier nicht verschmutzt ist;
5 ein Intensität-Zeit-Diagramm für ein Empfängersignal, welches mit dem Empfänger der Detektionsvorrichtung aus den 1 und 2 bei einer Lichtdurchlässigkeitsmessung zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit des Fensters der Detektionsvorrichtung aus den 1 und 2, wobei das Fenster hier leicht verschmutzt ist.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In der 1 ist ein Fahrzeug beispielhaft in Form eines Personenkraftwagens in der Vorderansicht gezeigt. Das Fahrzeug 10 umfasst eine optische Detektionsvorrichtung 12 beispielhaft in Form eines Laserscanners. Die Detektionsvorrichtung 12 ist in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 angeordnet. In der 2 ist die optische Detektionsvorrichtung 12 im Detail gezeigt.
Mit der optischen Detektionsvorrichtung 12 kann bei Überwachungsmessungen ein Überwachungsbereich 14 in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 vor dem Fahrzeug 10 auf Objekte 16 hin überwacht werden. Hierzu kann mit der optischen Detektionsvorrichtung 12 der Überwachungsbereich 14 mit entsprechenden optischen Sendesignalen 18 in Form von Licht, respektive Lichtsignalen, abgetastet werden. Bei Vorhandensein eines Objekts 16 werden die Sendesignale 18 reflektiert und als entsprechende optische Objekt-Reflexionssignale 20 in Form von Licht zu der Detektionsvorrichtung 12 zurückgesendet. Mit einem Empfänger 22 der Detektionsvorrichtung 12 werden die Objekt-Reflexionssignale 20 empfangen.
Die Detektionsvorrichtung 12 ist beispielhaft mit einem Fahrerassistenzsystem oder einem Parkassistenzsystem oder dergleichen des Fahrzeugs 10 verbunden, mit dem das Fahrzeug 10 autonom oder teilautonom betrieben werden kann.
Die Detektionsvorrichtung 12 arbeitet nach einem sogenannten Laufzeitverfahren, bei dem eine Laufzeit zwischen dem Aussenden eines Sendesignals 18 und dem Empfang eines entsprechenden Objekt-Reflexionssignals 20 erfasst und daraus eine Entfernung, einer Geschwindigkeit und/oder einer Richtung des Objekts 16 relativ zum Fahrzeug 10 bestimmt werden kann.
Die Detektionsvorrichtung 12 weist hierzu einen Sender 24 zum Aussenden von Sendesignalen 18, einen Empfänger 20 zum Empfangen der Objekt-Reflexionssignale 20 und eine in der 2 nicht gezeigte Umlenkspiegeleinrichtung zum Umlenken der Sendesignale 18 und gegebenenfalls der Objekt-Reflexionssignale 20 auf. Mit dem Empfänger 20 können darüber hinaus weiter unten näher erläuterte interne Reflexionen 38 und Fensterstörungsreflexionen 46 empfangen werden.
Mit der Umlenkspiegeleinrichtung wird die Strahlrichtung der Sendesignale 18 in dem Überwachungsbereich 14 geschwenkt, sodass dieser mit den Sendesignalen 18 abgetastet werden kann. Dieses Abtasten wird üblicherweise auch als „Abscannen“ bezeichnet. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht ein Schwenkzyklus, welche auch als „Scan“ bezeichnet werden kann, einer Überwachungsmessung. Während einer Überwachungsmessung wird der Überwachungsbereich 14 einmal vollständig abgetastet
Ferner umfasst die Detektionsvorrichtung 12 eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 26, mit welcher der Sender 24, der Empfänger 22 und die Umlenkspiegeleinrichtung gesteuert werden können. Mit der Steuer-Auswerteeinrichtung 26 können außerdem Empfängersignale 42, welche mit dem Empfänger 22 unter anderem aus empfangenen Lichtsignalen erzeugt werden, ausgewertet werden. Die Empfängersignale 42 ergeben sich, wie weiter unten in Verbindung mit 5 erläutert wird, gegebenenfalls aus Objekt-Reflexionssignalen 20, internen Reflexionen 38 und/oder Fensterstörungsreflexionen 46. Ferner werden die Empfängersignale 42 durch Rauschen 44 beeinflusst.
Die Detektionsvorrichtung 12 weist ein Gehäuse 28 auf, in dem der Sender 24, der Empfänger 22, die Umlenkspiegeleinrichtung und beispielhaft auch die Steuer- und Auswerteeinrichtung 26 angeordnet sind. Das Gehäuse 28 verfügt auf einer Seite über ein lichtdurchlässiges Fenster 30, durch welches die von dem Sender 24 ausgesendeten Sendesignale 18 und von etwaigen Objekten 16 reflektierte Objekt-Reflexionssignale 20 hindurchgelangen können.
Interne Reflexionen 38 sind Lichtreflexionen, welche im Inneren des Gehäuses 38 entstehen. Bei den internen Reflexionen 38 wird ein Teil des von dem Sender 24 emittierten Lichts zu dem Empfänger 22 gestreut, bevor es das Gehäuse 38 verlässt.
Um die Lichtdurchlässigkeit des Fensters 30 zu überprüfen, weist die Detektionsvorrichtung 12 eine Funktionsprüfungseinrichtung 32 auf. Die Funktionsprüfungseinrichtung 32 ist beispielhaft auf softwaremäßigem Wege in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 26 realisiert. Eine Störung der Lichtdurchlässigkeit des Fensters 30 kann beispielsweise durch Verschmutzung 34 oder Beschädigung des Fensters 30 hervorgerufen werden. Wird eine Störung der Lichtdurchlässigkeit des Fensters 30 mithilfe der Funktionsprüfungseinrichtung 32 erfasst, kann eine entsprechende Störungsmeldung generiert werden, welche beispielsweise dem Fahrer des Fahrzeugs 10 und/oder dem Fahrerassistenzsystem oder Parkassistenzsystem übermittelt werden kann.
Bei dem Verfahren zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit des Fensters 30 wird in zeitlichen Abständen, welche beispielhaft regelmäßig sein können, eine Lichtdurchlässigkeitsmessung durchgeführt. Dazu wird das Fenster 30 mit den Sendesignalen 18 angestrahlt, die mit dem Sender 22 erzeugt werden. Dabei handelt es sich beispielsweise um die gleichen Sendesignale 18, die auch für die Überwachungsmessungen zur Überwachung des Überwachungsbereichs 14 erzeugt werden.
Ein zeitlicher Abstand zwischen zwei Lichtdurchlässigkeitsmessungen wird abhängig von einer Bildrate bei den Überwachungsmessungen eingestellt. Auf diese Weise können mit ausreichend großer Reaktionszeit etwa vorhandene Störungen der Lichtdurchlässigkeit des Fensters 30 festgestellt werden. Beispielhaft können die Lichtdurchlässigkeitsmessungen in Abständen von etwa 10 bis 15 Überwachungsmessungen durchgeführt werden.
Bei den Lichtdurchlässigkeitsmessungen werden Statusgrößen der Detektionsvorrichtung 12 so eingestellt, dass der Empfänger 22 in Bezug auf seine Empfindlichkeit bei allen Lichtdurchlässigkeitsmessungen definiert gleich wirkt. Dabei wird die Empfindlichkeit des Empfängers 32 so eingestellt, dass interne Reflexionen 38 nicht erfasst und nicht fälschlicherweise als Fensterstörungsreflexionen 46 erkannt werden können. Bei den besagten Statusgrößen kann es sich beispielhaft um eine Referenzspannung eines Zeit-Digital-Konverters der Steuer- und Auswerteeinrichtung 26 oder eine Bias-Spannung einer Lawinenfotodiode des Empfängers 22 handeln.
In den 3 und 4 ist jeweils ein Intensität-Zeit-Diagramm für ein Empfängersignal 42 in der gleichen Fahrsituation gezeigt, wobei hier die Lichtdurchlässigkeit des Fensters 30 nicht gestört ist.
Das Fahrzeug 10 fährt zu einem Zeitpunkt t < t₀ in einem Tunnel. Zum Zeitpunkt t₀ verlässt das Fahrzeug 10 den Tunnel und ist danach zu einem Zeitpunkt t > t₀ der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Bei der Darstellung in der 3 werden zu den Zeitpunkten t < t₀ und t > t₀ jeweils Überwachungsmessungen durchgeführt. In 4 werden zum Vergleich zu den Zeitpunkten t < t₀ und t > t₀ jeweils Lichtdurchlässigkeitsmessungen durchgeführt.
Um die Reichweite für die Detektionsvorrichtung 12 zur Erkennung von Objekten 16 zu verbessern, wird in dunkler Umgebung, wie beispielsweise im Tunnel, bei den Überwachungsmessungen die Empfindlichkeit des Empfängers 22 hoch geregelt. Dadurch wird auch ein Toleranzbereich 36, in dem die Intensitäten der internen Reflexionen 38 erwartet werden, entsprechend hoch angesetzt. Dies ist in der 3 zum Zeitpunkt t < t₀ gezeigt. Um als Objekt-Reflexionssignal 20 erkannt zu werden, muss ausgehend von der Intensität der internen Reflexion 38 ein Offset 40 überwunden werden.
Außerhalb des Tunnels wird bei den Überwachungsmessungen die Empfindlichkeit des Empfängers 22 zur Verbesserung der Reichweite der Detektionsvorrichtung 12 heruntergeregelt. Entsprechend wird der Toleranzbereich 36 geringer angesetzt. Dies ist in der 3 zum Zeitpunkt t > t₀ gezeigt. Direkt nach dem Verlassen des Tunnels nach dem Zeitpunkt t₀ steigt aufgrund der Einwirkung des direkten Sonnenlichts die Temperatur der Lawinenfotodiode des Empfängers 22. Die damit verbundene Reduzierung der Empfindlichkeit des Empfängers 22 erfolgt wegen der räumlichen Trennung eines Temperatursensors und der Lawinenfotodiode mit einer zeitlichen Verzögerung. Daher wird der Toleranzbereich 36 als zu groß angenommen. Die Intensität der internen Reflexion 38 liegt am unteren Ende des Toleranzbereichs 36, sodass das Offset 40 im Vergleich zu der Situation zum Zeitpunkt t < t₀ im Tunnel größer ist.
Grundsätzlich können bei den Überwachungsmessungen auch Fensterstörungsreflexionen 46 erfasst werden. Deren Intensität muss jedoch das Offset 40 überwinden. So können nur entsprechend starke Fensterstörungsreflexionen 46 erfasst werden. Fensterstörungsreflexionen 46 mit eines mäßig geringer Intensität, wie sie beispielsweise durch leichte Verschmutzungen 34 des Fensters 30 hervorgerufen werden, können möglicherweise noch in dunklen Umgebungen, beispielsweise innerhalb des Tunnels, aber nicht in hellen Umgebungen, beispielsweise außerhalb des Tunnels, erfasst werden. So eignen sich die Überwachungsmessungen nur bedingt zur Erkennung von Störungen der Lichtdurchlässigkeit des Fensters 30.
Um auch kleine Störungen der Lichtdurchlässigkeit des Fensters 30 erfassen zu können, werden die Lichtdurchlässigkeitsmessungen, wie in der 4 gezeigt, durchgeführt. Hier werden die Toleranzbereiche 36 auf Basis der definierten Empfindlichkeit des Empfängers 22 insgesamt kleiner angesetzt. Die internen Reflexionen 38 werden dabei genauer eingeschätzt. Demzufolge sind die Offsets 40 sowohl in der dunklen Umgebung zum Zeitpunkt t < t₀ innerhalb des Tunnels als auch in der hellen Umgebung zum Zeitpunkt t > t₀ außerhalb des Tunnels kleiner als die entsprechenden Offsets 40 bei den vergleichbaren, in der 3 gezeigten Überwachungsmessungen. Störungen der Lichtdurchlässigkeit des Fensters 30 können mit den Lichtdurchlässigkeitsmessungen bei dunklen Umgebungsbedingungen und bei hellen Umgebungsbedingungen zuverlässiger erkannt werden.
In der 5 ist beispielhaft ein Intensität-Zeit-Diagramm eines Signalverlaufs eines Empfängersignals 42 gezeigt, welches mit dem Empfänger 22 erzeugt wird. Dabei weist das Fenster 30 eine Verschmutzung 34 auf. Das Empfängersignal 42 setzt sich also zusammen aus der Intensität für interne Reflexionen 38, der Intensität der Fensterstörungsreflexionen 46 und dem Rauschen 44. Die Intensität des Empfängersignals 42 wird beispielsweise als Ausgangsspannung eines Transimpedanzverstärkers oder als Signal der Lawinenfotodiode des Empfängers 22 bestimmt.
Ferner sind in der 5 als gestrichelte Linien ein erster Schwellwert Ref1 und ein zweiter Schwellwert Ref2 gezeigt. Die Schwellwerte Ref1 und Ref2 können beispielsweise durch Referenzspannungen eines Zeit-Digital-Konverters eingestellt werden. Der Zeit-Digital-Konverter kann Teil der Funktionsprüfungseinrichtung 32 sein. Mit ihm kann die Intensität des Empfängersignals 42 mit den Schwellwerten Ref1 oder Ref2 verglichen werden.
Der erste Schwellwert Ref1 wird zur Durchführung einer Lichtdurchlässigkeitsmessung eingestellt. Der zweite Schwellwert Ref2 ist kleiner als der erste Schwellwert Ref1 und dient lediglich vergleichsweise zur Erläuterung. Der erste Schwellwert Ref1 liegt oberhalb der erwarteten Intensität für interne Reflexionen 38. Der zweite Schwellwert Ref2 liegt unterhalb der erwarteten Intensität für interne Reflexionen 38.
Bei einer Lichtdurchlässigkeitsmessung wird das Empfängersignal 42 mit der Funktionsprüfungseinrichtung 32, beispielsweise dem Zeit-Digital-Konverter, mit dem ersten Schwellwert Ref1 verglichen. Falls das Empfängersignal 42 den ersten Schwellwert Ref1 durchläuft, wird ein Zeitabstand 48a zwischen einem Durchlauf der ansteigenden Flanke des Empfängersignals 42 durch den ersten Schwellwert Ref1 und dem nachfolgenden Durchlauf der absteigenden Flanke des Empfängersignals 42 durch den ersten Schwellwert Ref1 gemessen. Der Zeitabstand 48a kann als Echopulsweite bezeichnet werden. Auf Basis des Zeitabstands 48a wird die Störung der Lichtdurchlässigkeit des Fensters 30 erkannt.
Bei der Lichtdurchlässigkeitsmessung wird die Empfindlichkeit des Empfängers 22 auf die internen Reflexionen 38 abgestimmt. Der zeitliche Abstand 48a der Durchläufe des Empfängersignals 42 durch den ersten Schwellwert Ref1 wird allein durch die Verschmutzung 34 geprägt, während im Fall eines ungestört lichtdurchlässigen Fensters 30 kein Empfängersignal 42 detektiert würde, welches den ersten Schwellwert Ref1 überschreitet.
Falls die Empfindlichkeit des Empfängers 22 zu hoch angesetzt ist, beispielsweise durch Verwendung des zweiten, kleineren Schwellwerts Ref2, übersteigt das Empfängersignal 42 alleine schon aufgrund der internen Reflexionen 38 den zweiten Schwellwert Ref2. Der entsprechende zeitliche Abstand 48b zwischen den entsprechenden Durchläufen des Empfängersignals 42 durch den zweiten Schwellwert Ref2 weist fälschlicherweise auf eine Störung der Lichtdurchlässigkeit des Fensters 30 hin, selbst wenn keine vorliegen würde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007003023 B4 [0004]

Claims

Verfahren zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit wenigstens eines Fensters (30) einer optischen Detektionsvorrichtung (12), welche zur Überwachung eines Überwachungsbereichs (14) auf Objekte (16) hin dient, - wobei das wenigstens eine Fenster (30) zum Durchlass von mit wenigstens einem Sender (24) der Detektionsvorrichtung (12) erzeugtem Licht (18) und/oder gegebenenfalls an einem Objekt (16) im Überwachungsbereich (14) reflektiertem Licht dient, - wobei bei dem Verfahren außerhalb von Überwachungsmessungen zur Überwachung des Überwachungsbereichs (14) wenigstens eine Lichtdurchlässigkeitsmessung durchgeführt wird, bei der das wenigstens eine Fenster (30) mit Licht (18) angestrahlt wird und gegebenenfalls an optischen Störungen (34) in oder an dem wenigstens einen Fenster (30) reflektiertes Licht (46) mit wenigstens einen Empfänger (22) der Detektionsvorrichtung (12) empfangen wird, dadurch gekennzeichnet, dass - das Licht (18), mit dem das wenigstens eine Fenster (30) zur Durchführung der wenigstens einen Lichtdurchlässigkeitsmessung angestrahlt wird, mit wenigstens einem Sender (24) erzeugt wird, mit dem zur Durchführung von Überwachungsmessungen Licht (18) zur Überwachung des Überwachungsbereichs (14) erzeugt wird, - wobei der wenigstens eine Empfänger (22) zumindest für die Dauer der wenigstens einen Lichtdurchlässigkeitsmessung bezüglich seiner Empfindlichkeit auf einen definierten Zustand eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfindlichkeit des wenigstens einen Empfängers (22) bei der wenigstens einen Lichtdurchlässigkeitsmessung an interne Reflexionen (38) in einem Gehäuse (28) der Detektionsvorrichtung (12) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Empfindlichkeit des wenigstens einen Empfängers (22) bei einer Lichtdurchlässigkeitsmessung durch Einstellung von internen Statusgrößen (Ref1) auf einen definierten Zustand eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zeitlichen Abständen Lichtdurchlässigkeitsmessungen durchgeführt werden, bei denen der wenigstens eine Empfänger (22) in Bezug auf seine Empfindlichkeit gleich eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Abstand zwischen zwei Lichtdurchlässigkeitsmessungen abhängig von einer Bildrate der Detektionsvorrichtung (12) eingestellt oder vorgegeben wird, welche bei Überwachungsmessungen zur Überwachung des Überwachungsbereichs (14) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung oder während wenigstens einer Überwachungsmessung der wenigstens eine Empfänger (22) bezüglich seiner Empfindlichkeit abhängig von Betriebs-und/oder Umgebungsbedingungen eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität von mit dem wenigstens einen Empfänger (22) empfangenen Lichts (20, 38, 46) oder eine diese charakterisierende Größe (42) mit wenigstens einem einstellbaren Schwellwert (Ref1) verglichen wird, und falls die Intensität des Lichts (20, 38, 46) oder die charakterisierende Größe (42) den wenigstens einen Schwellwert (Ref1) erreicht, eine Störung der Lichtdurchlässigkeit des wenigstens einen Fensters (30) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Schwellwert (Ref1) abhängig von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen so eingestellt wird, dass er oberhalb einer erwarteten Intensität von internen Reflexionen (38) liegt.
Optische Detektionsvorrichtung (12) zur Überwachung eines Überwachungsbereichs (14) auf Objekte (16) hin, - mit wenigstens einem Gehäuse (28), in dem wenigstens ein Sender (24) zur Erzeugung von Licht (18) und wenigstens ein Empfänger (22) zum Empfangen von Licht angeordnet ist, - wobei das Gehäuse (28) wenigstens ein Fenster (30) zum Durchlass von mit dem wenigstens einen einem Sender (24) erzeugtem Licht (18) und/oder gegebenenfalls von an einem Objekt (16) reflektiertem Licht (20) aufweist, - wobei die Detektionsvorrichtung (12) wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (26) aufweist, mit der der wenigstens eine Sender (24) und der wenigstens eine Empfänger (22) gesteuert werden kann und mit der mit dem wenigstens einen Empfänger (22) empfangenes Licht (20, 38, 46) ausgewertet werden kann, - wobei die Detektionsvorrichtung (12) wenigstens eine Lichtdurchlässigkeitsüberprüfungseinrichtung zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit des wenigstens einen Fensters (30) aufweist, welche ausgestaltet ist zur Durchführung wenigstens einer Lichtdurchlässigkeitsmessung außerhalb von Überwachungsmessungen, bei der das wenigstens eine Fenster (30) mit Licht (18) angestrahlt wird und gegebenenfalls an optischen Störungen (34) in oder an dem wenigstens ein Fenster (30) reflektiertes Licht (46) mit dem wenigstens einen Empfänger (22) der Detektionsvorrichtung (12) empfangen wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sender (24) zur Erzeugung von Licht (18) sowohl für die Überwachung des Überwachungsbereichs (14) als auch zur Durchführung der Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit des wenigstens eines Fensters (30) ausgestaltet ist und der wenigstens eine Empfänger (22) zumindest für die Dauer der wenigstens einen Lichtdurchlässigkeitsmessung bezüglich seiner Empfindlichkeit auf einen definierten Zustand eingestellt werden kann.
Lichtdurchlässigkeitsüberprüfungseinrichtung (32) zur Überprüfung der Lichtdurchlässigkeit wenigstens eines Fensters (30) einer optische Detektionsvorrichtung (12), welche zur Überwachung eines Überwachungsbereichs (14) auf Objekte (16) hin dient, - wobei die Lichtdurchlässigkeitsüberprüfungseinrichtung (32) ausgestaltet ist zur Durchführung wenigstens einer Lichtdurchlässigkeitsmessung außerhalb von Überwachungsmessungen, bei der das wenigstens eine Fenster (30) mit Licht (18) angestrahlt wird und gegebenenfalls an optischen Störungen (34) in oder an dem wenigstens ein Fenster (30) reflektiertes Licht (46) mit dem wenigstens einen Empfänger (22) der Detektionsvorrichtung (12) empfangen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtdurchlässigkeitsprüfungseinrichtung (32) ausgestaltet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.